Die meiste Arbeit, die in einer lebenden Zelle verrichtet wird, wird von ihren Proteinen geleistet. Eine Zelle muss sie duplizieren DNA.
In Ihrem Körper zum Beispiel wurde die DNA millionenfach dupliziert. Proteine erledigen diese Aufgabe, und eines dieser Proteine ist ein Enzym namens DNA-Ligase. Wissenschaftler erkannten, dass Ligase beim Aufbau rekombinanter DNA im Labor nützlich sein könnte, und bauten einen Ligationsschritt in den Prozess der Herstellung rekombinanter DNA ein.
Die Struktur der DNA
Ein DNA-Einzelstrang besteht aus einer Sequenz von stickstoffhaltige Basen die unter den Abkürzungen A, T, G und C stehen. Normalerweise befindet sich DNA in einem Doppelstrang, bei dem eine lange Basensequenz mit einem anderen gleich langen Basenstrang übereinstimmt.
Die beiden Stränge sind komplementär, da wo ein Strang ein A hat, der andere ein T hat und wo einer ein G hat, hat der andere ein C. A und T passen zueinander durch eine schwache chemische Bindung namens a Wasserstoffverbindung, und G und C tun dasselbe.
Insgesamt sind die beiden komplementäre Stränge sind durch viele Wasserstoffbrücken miteinander verbunden. Jeder der beiden Einzelstränge hält seine eigenen Kernbasen zusammen mit einer stärkeren Bindung in Form einer langen Kette von Zucker- und Phosphatgruppen, die kovalent verbunden sind.
Ligase-Funktion
Sie können sich einen DNA-Strang als ein langes Charm-Armband mit vier verschiedenen Arten von Charms vorstellen. Die Charms hängen einfach an der starken Kette, die sie miteinander verbindet.
DNA-Replikation baut ein weiteres Bettelarmband, das auf das erste abgestimmt ist. Wo auch immer ein A-Charm auf dem ersten Armband ist, passt ein T-Charm auf das zweite Armband, und das gleiche gilt für C und G.
Die Charms des zweiten Armbands können mit dem ersten Armband übereinstimmen, ohne selbst an einem Armband zu sein. Das heißt, sie können sich über eine schwache Verbindung mit der gegenüberliegenden Kette verbinden, ohne eine starke Kette zu haben, die sie mit ihren Nachbarn verbindet.
Die DNA-Ligase Enzym erkennt Stellen, an denen die Zucker- und Phosphatkette gebrochen ist, und baut die Verbindung wieder auf, indem die Zucker- und Phosphatgruppen in einer starken Bindung verbunden werden.
Rekombinante DNA
Rekombinante DNA ist das Ergebnis des Schneidens eines DNA-Doppelstrangs und der Verbindung mit einem anderen Doppelstrang. Jeder Doppelstrang wird oft ungleichmäßig geschnitten, wobei ein Strang einige Basen vor dem anderen endet.
An einem Ende hängen zusätzliche Basen, wie zum Beispiel bei TTAA. Der andere Doppelstrang hat zusätzliche Basen in einer Sequenz wie AATT. Die zwei Sätze zusätzlicher Basen – genanntKlebrige Enden" - greifen sich durch ihre schwachen Wasserstoffbrücken aneinander.
Denken Sie noch einmal an Charm-Armbänder, stellen Sie sich vor, Sie haben ein doppeltes Charm-Armband mit zwei Ketten, die nur durch ihre Charms verbunden sind. Du schneidest das Ende ab, aber du schneidest ein Ende vier Reize vor dem anderen ab, also hängt ein kleiner Schwanz herunter.
Dasselbe machst du mit einem anderen doppelten Bettelarmband. Wenn sich die vier Charms ergänzen, verbinden sich die beiden abgeschnittenen Charms, aber nur durch ihre Charms.
Bei der Rekombination verwendetes Ligase-Enzym
Im vorherigen Schritt von DNA-Rekombination, passende klebrige Enden von zwei verschiedenen doppelsträngigen DNA-Molekülen haben sich verbunden. Die einzige Verbindung zwischen den beiden Abschnitten besteht jedoch über die schwachen Bindungen. Wie das Bettelarmband nur durch die passenden Charms verbunden, lassen sie sich leicht auseinanderziehen.
Das DNA-Ligase-Enzym findet die Stellen, an denen die Zucker- und Phosphatgruppen nicht miteinander verbunden sind und verknüpft sie. Wie beim Bettelarmband ist das neue, längere, doppelsträngige DNA-Molekül, nachdem die DNA-Ligase durchgekommen ist und die Basen miteinander verkettet, fest miteinander verbunden.