Det mesta som görs i en levande cell görs av dess proteiner. En sak som en cell måste göra är att duplicera den DNA.
I din kropp, till exempel, har DNA dupliceras biljoner gånger. Proteiner gör det jobbet, och ett av dessa proteiner är ett enzym som kallas DNA-ligas. Forskare insåg att ligas kan vara användbart för att bygga rekombinant DNA i laboratoriet, så de införlivade ett ligeringssteg i processen att skapa rekombinant DNA.
DNA-strukturen
En enda DNA-tråd består av en sekvens av kvävehaltiga baser som går med förkortningarna A, T, G och C. Normalt finns DNA i en dubbelsträng, där en lång sekvens av baser matchas med en annan lika lång bassträng.
De två strängarna är komplementära, där den ena strängen har en A den andra har en T, och där den ena har en G, den andra har en C. A och T matchar varandra genom en svag kemisk bindning som kallas a vätebindningoch G och C gör detsamma.
Sammantaget de två kompletterande trådar är förenade med varandra genom många vätebindningar. Var och en av de två enskilda strängarna håller sina egna kärnbaser tillsammans med en starkare bindning i form av en lång kedja av socker och fosfatgrupper som är kovalent förbundna.
Ligasfunktion
Du kan tänka dig en DNA-tråd som ett långt charmarmband med fyra olika typer av berlocker. Charmarna hänger bara av den starka kedjan som förbinder dem ihop.
DNA-replikering bygger ytterligare ett charmarmband som matchar det första. Varhelst det finns en A-charm på det första armbandet passar en T-charm på det andra armbandet, och detsamma för C och G.
Charmarna på det andra armbandet kan matcha det första armbandet utan att vara på ett armband själva. Det vill säga de kan ansluta till motsatt kedja genom en svag anslutning utan att ha en stark kedja för att ansluta dem till sina grannar.
DNA-ligaset enzym upptäcker platser där socker- och fosfatkedjan bryts, och bygger upp länken igen och förbinder socker- och fosfatgrupperna i en stark bindning.
Rekombinant DNA
Rekombinant DNA är resultatet av att klippa en dubbel DNA-tråd och ansluta den till en annan dubbelsträng. Varje dubbelsträng skärs ofta ojämnt, med en sträng som slutar några baser under den andra.
Det finns extra baser som hänger i ena änden, som i TTAA, till exempel. Den andra dubbelsträngen har extra baser i en sekvens som AATT. De två uppsättningarna extra baser - kallade "klibbiga ändar"- ta tag i varandra genom deras svaga vätebindningar.
Tänk på charmarmband igen, föreställ dig att du har ett dubbelt charmarmband med två kedjor kopplade endast genom deras charm. Du klipper av änden, men du klipper ena änden av fyra charm mindre än den andra, så det hänger en liten svans.
Du gör samma sak med ett annat dubbelarmband. Om de fyra charmen kompletterar varandra, kommer de två klippta charmen att ansluta, men bara genom deras charm.
Ligasenzym som används vid rekombination
I det föregående steget av DNA-rekombination, matchade klibbiga ändar av två olika dubbelsträngade DNA-molekyler har anslutits. Den enda kopplingen mellan de två sektionerna är dock genom de svaga bindningarna. Precis som charmarmbandet som endast är anslutet genom matchande charmar, skulle det vara lätt att dra isär dem.
DNA-ligasenzymet hittar de platser där socker- och fosfatgrupperna inte är sammankopplade och det kopplar ihop dem. Återigen, precis som charmarmbandet, efter att DNA-ligas kommer igenom och binder samman baserna, är den nya, längre, dubbelsträngade DNA-molekylen starkt kopplad ihop.