连接酶

一种催化两种大型分子以一种新的化学键结合一起的酶

连接酶（英语：Ligase，或称连结酶和结合酶）是一种催化两种大型分子以一种新的化学键结合一起的酶，一般会涉及水解其中一个分子的团。

简介

ligase

又称合成酶，能催化两个分子连接成一个分子或把一个分子的首尾相连接的酶。此反应与ATP的分解反应相偶联。在把两分子相连接的同时发生三磷酸腺苷（ATP）的高能磷酸键的断裂如DNA连接酶等。

连接酶是酶分类中重要的一类(EC 6):6.1形成C-O键；6.2形成C-S键；6.3形成C-N键；6.4 形成C-C键。

连接酶的催化反应过程需要Mg离子

命名

连接酶通常是包括“连接酶”这个字，就如DNA连接酶是将脱氧核糖核酸（DNA）片段连接。其他普遍的名称包括“合成酶”，因为这些酶是用作合成新的分子，或当它们是将二氧化碳加入一个分子时则称为“羧化酶”。

需要留意的是“合成酶”是与合酶有所分别，合成酶是会使用三磷酸腺苷（ATP），但合酶不会使用ATP且是属于裂合酶。

分类

连接酶在EC编号中分类为EC6，并再细分为6个子类：

DNA连接酶

发现

DNA连接酶最早于1967年由三个实验室同时发现，经过科学家几十年的研究发现，目前在病毒、细菌和真核生物体内都发现了DNA连接酶，不同类型的DNA连接酶的作用机制不同。一般情况下，根据DNA连接酶催化反应所需的能量来源可以把DNA连接酶分为腺苷三磷酸（ATP）依赖型和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）依赖型，腺苷三磷酸依赖型DNA连接酶广泛存在于真核生物、古细菌、真细菌和病毒中，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸依赖型DNA连接酶则分布在古细菌、真细菌和病毒中。

常见种类和作用机制

1、T4DNA连接酶

T4DNA连接酶是目前应用比较多的病毒基因组编码的DNA连接酶，在基因重组中广泛使用。噬菌体类型较多，目前研究发现T4噬菌体能够合成T4DNA连接酶，并且已经能够从被T4嗜菌体感染的大肠杆菌中提取该酶，此外科学家也已经定位该酶的合成基因，即噬菌体T4的30基因。T4DNA连接酶具有连接黏性末端和平末端的作用，研究人员总结DNA片段的连接过程，认为整个DNA连接反应可以通过三个连续步骤来完成：

（1）ATP通过断裂最后一个高能磷酸键释放能量，同时产生的AMP和T4DNA连接酶利用ATP水解释放的能量形成E-AMP复合物；

（2）所形成的E-AMP复合物可以识别DNA双链之前被切开的切口，识别之后AMP会脱离E-AMP复合物并与DNA的5’-P基团结合；

（3）需要连接的另外一段DNA分子片段的3’-OH会攻击第二步形成5’-P-AMP，3’-OH和磷酸基团残基发生反应形成磷酸二酯键，同时释放出一个AMP。

2、真核生物DNA连接酶

真核生物存在3种ATP依赖型DNA连接酶——DNA连接酶Ⅰ、DNA连接酶Ⅲ和DNA连接酶Ⅳ。研究显示，DNA连接酶Ⅰ和DNA连接酶Ⅳ广泛分布于真核生物中，如植物界和动物界，DNA连接酶Ⅲ则主要分布于脊椎动物中。

目前科学家认为，在真核生物DNA复制过程中，起到连接作用的可能主要是DNA连接酶Ⅰ，DNA连接酶Ⅰ活性的调节与其氨基端有关，在其氨基端靠近活性中心有一个特定的部位，该部位可以通过磷酸化作用来调节DNA连接酶Ⅰ的活性。DNA连接酶Ⅰ的作用就是将DNA复制时复制叉处形成的不连续的后随链（冈崎片段）连接起来。在此过程中DNA连接酶Ⅰ并不是单独起作用，而是需要和多种蛋白因子密切合作共同完成。在真核生物DNA复制时，后随链是由DNA聚合酶α催化合成的，DNA聚合酶α先催化合成一段引物，然后依赖DNA聚合酶δ与增殖细胞核抗原（持续复制因子），从引物开始合成DNA，然后引物通过降解出去。此外，在损伤的DNA的碱基修复中，DNA连接酶Ⅰ也同样起到重要的作用。首先细胞内的特异性的核酸内切酶和外切酶特异性识别损伤部位，在DNA单链损伤部位的附近进行剪切，切除一段DNA，然后DNA聚合酶以另一条完整的DNA链作为模版进行修复合成重新合成这段DNA，最后由DNA连接酶Ⅰ将缺口连接。

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