DNA的复制——DNA连接酶性质与作用机制

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DNA连接 酶是1967年在三个实验室同时发现的。它是一种封闭DNA链上缺口酶，借助ATP或NAD水解提供的能量催化DNA链的5'-PO4与另一DNA链的3'-OH生成磷酸二酯键。但这两条链必须是与同一条互补链配对结合的(T4DNA连接酶除外)，而且必须是两条紧邻DNA链才能被DNA连接酶催化成磷酸二酯键。

1一般性质：大肠杆菌的DNA连接酶是一条分子量为75KD的多肽链。对胰蛋白酶敏感，可被其水解。水解后形成的小片段仍具有部份活性，可以催化酶与NAD(而不是ATP)反应形成酶-AMP中间物，但不能继续将AMP转移到DNA上促进磷酸二酯键的形成。DNA连接酶在大肠杆菌细胞中约有300个分子，和DNA聚合酶Ⅰ的分子数相近，这也是比较合理的现象。因为DNA连接酶的主要功能就是在DNA聚合酶Ⅰ催化聚合，填满双链DNA上的单链间隙后封闭DNA双链上的缺口。这在DNA复制、修复和重组 中起着重要的作用，连接酶有缺陷的突变株不能进行DNA复制、修复和重组。

噬菌体T4DNA连接 酶分子也是一条多肽链，分子量为60KD，其活性很容易被0.2mol/L的KCl和精胺所抑制。此酶的催化过程需要ATP辅助。T4DNA连接酶可连接DNA-DNA，DNA-RNA，RNA-RNA和双链DNA粘性末端或平头末端。另外，NH4C1可以提高在大肠杆菌DNA连接酶的的催化速率，而对T4DNA连接酶则无效。无论是T4DNA连接酶，还是大肠杆菌DNA连接酶都不能催化两条游离的DNA链相连接。

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2作用机制：DNA连接 酶利用NAD或ATP中的能量催化两个核酸链之间形成磷酸二酯键。反应过程可分三步：

(1)NAD+或ATP将其腺苷酰基转移到DNA连接 酶的一个赖氨酸残基的ε─氨基上形成共价的酶-腺苷酸中间物，同时释放出烟酰胺单核苷酸(NMN)或焦磷酸。

(2)将酶-腺苷酸中间物上的腺苷酰基再转移到DNA的5'-磷酸基端，形成一个焦磷酰衍生物，即DNA-腺苷酸;

(3)这个被激活的5'-磷酰基端可以和DNA的3'-OH端反应合成磷酸二酯键，同时释放出AMP。

DNA连接酶所催化的整个过程是可逆的。酶-腺苷酸中间物可以与NMN或PPi反应生成NDA或ATP及游离酶;DNA-腺苷酸也可以和NMN及游离酶作用重新生成NAD。该逆反应过程可以在AMP存在的情况下使共价闭环超螺旋DNA被连接酶催化，产生有缺口的DNA-腺苷酸，生成松弛的闭环DNA。

在真核生物细胞中也存在DNA连接酶，且有两型，分别称为连接酶Ⅰ和Ⅱ，反应中利用ATP所提供的能量。DNA连接酶Ⅰ分子量约为200KD，主要存在于生长旺盛细胞中，DNA连接Ⅱ分子量约85KD，主要存在于生长于不活跃的细胞中(resting cell)。

以上只是叙述了有关DNA复制的几个主要蛋白质和酶。在DNA复制过程中还有许多蛋白质参与，如大肠杆菌细胞中就有三十多种蛋白质参与DNA复制，许多蛋白质的功能目前还只是猜测，而且其各种特性尚不明了。DNA复制过程中还有许多未知的因子参与，DNA复制过程中许多具体的细节尚不十分清楚。