24.15. ДНК-лигаза соединяет фрагменты ДНК
ДНК-полимераза I может присоединять дезоксирибонуклеотиды к затравочной цепи, но она не способна катализировать соединение двух цепей ДНК или замыкание одной цепи ДНК. Обнаружение кольцевой ДНК указывало, что такой фермент должен существовать. В 1967 г. в нескольких лабораториях одновременно была открыта ДНК-лигаза - фермент, катализирующий образование фосфодиэфирной связи между двумя цепями ДНК (рис. 24.30). Фермент этот активен при наличии свободной ОН-группы на 3-конце одной цепи ДНК и фосфатной группы на 
-конце другой. Образование фосфодиэфирной связи между этими группами - эндергоническая реакция. Следовательно, для реакции соединения цепей требуется источник энергии. У Е. coli и других бактерий эту роль выполняет NAD +, тогда как в клетках животных и зараженных бактериофагом клетках данная реакция осуществляется за счет энергии АТР.
Заслуживает внимания и еще один аспект работы ДНК-лигазы: ДНК-лигаза не может соединить две молекулы одноцепочечной ДНК. Цепи ДНК, соединяемые ДНК-лигазой, должны быть частью двухцепочечной молекулы ДНК. Исследования модельных систем дают основание думать, что ДНК-лигаза образует фосфодиэфирную связь только в том случае, если вблизи от места разрыва имеется хотя бы несколько пар оснований. В действительности ДНК-лигаза заделывает одноцепочечные разрывы в остове двухспиральной ДНК. Этот процесс необходим для нормального синтеза ДНК, для репарации поврежденной ДНК и для сращивания (сплайсинга) цепей ДНК при генетической рекомбинации.
Рассмотрим механизм этой реакции, установленный Робертом Леманом (Robert Lehman). ATP или NAD+ вступают в реакцию с ДНК-лигазой и образуют ковалентный комплекс фермент-AMP, в котором AMP связан с е-аминогруппой лизинового остатка фермента фосфоамидной связью (рис. 24.31). Остаток AMP активирует фосфатную группу на 
-конце ДНК. Последняя стадия - нуклеофильная атака активированного атома фосфора 3-ОН-группой. В результате образуется фосфодиэфирная связь и освобождается AMP. Движущая сила этой последовательности реакций - гидролиз пирофосфата, отщепляющегося при образовании комплекса фермент—аденилат. Таким образом, на образование фосфодиэфирной связи в остове ДНК расходуются
Рис. 24.32. Механизм реакции, катализируемой ДНК-лигазой.
две богатые энергией фосфатные связи. если источником энергии служит АТР.
