ADN ligasa

ligasa I, ddd, ATP-dependiente
DNA Repair.jpg
ADN ligasa reparando cromosoma dañado.
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Identificadores
Símbolo LIG1 (HGNC: 6598)
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externos
Número EC 6.5.1.1
Locus Cr. 19 [1]
Ortólogos
Especies
Humano Ratón
Entrez
3978
UniProt
P18858 n/a
RefSeq
(ARNm)
NM_000234 n/a
PubMed (Búsqueda)
[2]


PMC (Búsqueda)
[3]
[ editar datos en Wikidata]
ligasa III, ADN, ATP-dependiente
Estructuras disponibles
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Identificadores
Símbolo LIG3 (HGNC: 6600)
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externos
Locus Cr. 17 q11.2-q12
Ortólogos
Especies
Humano Ratón
Entrez
3980
UniProt
P49916 n/a
RefSeq
(ARNm)
NM_002311 n/a
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ligasa IV, ADN, ATP-dependiente
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Identificadores
Símbolo LIG4 (HGNC: 6601)
Identificadores
externos
Locus Cr. 13 q33-q34
Ortólogos
Especies
Humano Ratón
Entrez
3981
UniProt
P49917 n/a
RefSeq
(ARNm)
NM_002312 n/a
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ADN ligasa es una enzima de tipo ligasa que forma enlaces covalentes entre el extremo 5’ de una cadena polinucleotídica y el extremo 3’ de otra cadena polinucleotídica. También se denomina enzima de unión de polinucleótidos.

La reparación por escisión puede ser realizada por 3 enzimas: la correndonucleasa U.V., iniciadora del proceso, la ADN polimerasa I, que elimina y reconstruye el fragmento de ADN, y la ADN ligasa, que realiza la unión de los fragmentos nuevos y antiguos.

Para conseguir una replicación cuidadosa del ADN (ácido desoxirribonucleico), cada cadena de la doble hélice hace de molde para sintetizar la nueva cadena que tendrá una secuencia complementaria a la cadena molde. Por un lado, como las dos cadenas de la doble hélice tienen direcciones opuestas (una es 5'-3 'mientras que el otro es 3'-5') este proceso que parece sencillo, se complica ya que necesita mecanismos específicos para sintetizar las dos cadenas complementarias también en direcciones opuestas.

Por otro lado, en la doble hélice las cadenas están unidas por sus bases nitrogenadas y por tanto hay que hacer una cadena complementaria a cada cadena ya existente. Primero se tienen que separar, luego se crea la cadena complementaria y finalmente cada molde y su complementaria se deben volver a enrollar entre ellas para formar la nueva cadena de ADN. En este momento entran en acción las ADN ligasas para unir los extremos de esta nueva cadena.

¿Qué es la ADN ligasa?

La unión de los Fragmentos de Okazaki (son las cadenas complementarias originadas a partir de las cadenas molde) con las cadenas complementarias necesita una enzima que la catalice. Esta enzima es la ADN ligasa.

Su función es catalizar un enlace fosfodiéster entre el grupo 3'-hidroxilo extremo de una de las cadenas de ADN y el grupo 5'-difosfato del extremo de la otra cadena de ADN. Para llevar a cabo esta reacción, la célula necesita energía porque se trata de una reacción termodinámicamente desfavorable, es decir, no es una reacción que sucede de manera espontánea.

Por un lado, en las células eucariotas y en las arqueas, la fuente de energía es el ATP (Adenosin Trifosfato). La molécula de ATP se separa en AMP (Adenosin Monofosfato) y pirofosfato para facilitar la dirección.

Por otro lado, las bacterias obtienen la energía del NAD+ (nicotinamida adenina dinucleótido) el cual se divide en AMP y NMN (mononucleótido de nicotinamida) con la misma finalidad que lo hace el ATP de eucariotas y arqueas.

La ADN ligasa no puede unir dos moléculas de ADN de cadena sencilla (ADN con una sola cadena) ni formar un ADN circular de cadena sencilla sino que su función es sellar las roturas que han tenido lugar en las moléculas de ADN de doble cadena (ADN con dos cadenas enrolladas en forma de doble hélice) en el momento de la separación de la doble hélice.

La bacteria E.Coli es capaz de formar un enlace fosfodiéster si hay al menos algunas bases nitrogenadas de ADN de cadena sencilla con el extremo de un fragmento de ADN de doble cadena y formar pares de bases.

La ligasa codificada por el bacteriófago T4 puede unir dos fragmentos de doble hélice de extremos romos, esta capacidad se explota en la tecnología de ADN recombinante.

La manera más sencilla del ADN es aquella que tiene su extremo romo. Este tipo de moléculas terminan con un par de bases. Las moléculas con extremos romos tienen dos desventajas; la primera es que las cadenas con extremos romos tienen menos rendimiento y la segunda es que tiene más posibilidades de insertar el fragmento de ADN deseado en la dirección opuesta a la que se quiere. por otro lado, dos extremos romos siempre serán compatibles entre sí.

La enzima reacciona con ATP o NAD+ para formar una molécula de AMP ligada por un grupo fosfoamido con el grupo amino del sitio activo de la lisina.B. El fosfato 50 del ADN ataca el grupo fosforilo del AMP para formar ADN adenilado.C. La ADN ligasa cataliza la reacción entre el grupo OH del ADN y el fosfato 50 activado para formar un enlace fosfodiéster así liberando AMP.


Mecanismo de actuación de la ADN ligasa

Para formar los dos enlaces fosfodiéster covalentes entre ambos extremos de las dos cadenas, la ADN ligasa cataliza una reacción junto con el ATP que sigue 3 pasos:

1-Adenización de un residuo en el centro activo de la enzima liberando fosfato.
2- Transferencia del AMP hacia el fosfato 5 'del donante originando la formación de un enlace pirofosfato.
3-Formación de un enlace fosfodiéster entre el fosfato 5 'del donante y el hidroxilo 3' del aceptor.

Cuando la ligasa trabaja sobre extremos romos requiere mayor concentración de enzimas y diferentes condiciones de reacción.


Historia

En 1967, científicos de varios laboratorios descubren la ADN ligasa. Se descubrieron originalmente en el bacteriófago T4, la bacteria E.Coli así como en otras bacterias.

Tipos de ADN ligasas

Existen dos ramas principales de ADN ligasas: las ADN ligasas ATP-dependientes y las NAD+-dependientes. El cofactor ATP es principal en las células de mamíferos mientras que las bacterias utilizan principalmente el NAD+ como cofactor de la enzima, aunque se encuentran bacterias con la capacidad de formar enzimas que necesitan de ATP como cofactor para funcionar. No obstante ambas enzimas siguen el mismo mecanismo reactivo.

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