DNA Ligasi
Tutte le cellule umane (con alcune particolari eccezioni) contengono il patrimonio genetico completo formato da 46 lunghi filamenti di DNA a doppia elica. Tutte le nostre informazioni genetiche sono codificate in questi filamenti che sono costituiti da migliaia di geni incolonnati uno dopo l'altro. La sequenza dei geni e la loro vicinanza reciproca, possono essere importanti per l'uso corretto delle informazioni genetiche, quindi è importante che le nostre cellule proteggano il proprio DNA da ogni possibile rottura accidentale. Se uno dei due filamenti del DNA si rompe non è un dramma, ma possono sorgere dei problemi se questo accade quando il DNA a doppia elica è svolto durante i processi di trascrizione e replicazione. La rottura di entrambi i filamenti, invece, è molto più pericolosa. Per proteggerci da questi pericoli, le nostre cellule usano la DNA ligasi, un enzima in grado di ricucire insieme i filamenti di DNA che sono stati rotti.
La DNA ligasi è in grado di ricucire i due frammenti di una catena di DNA che è stata spezzata. Per compiere la reazione usa un cofattore (mostrato in rosso) per l'energia ed un particolare amminoacido di lisina (mostrato in magenta). La DNA ligasi umana e quella del batteriofago T7, mostrata qui a destra in alto dall'archivio PDB 1a0i, usano ATP come cofattore. Molti batteri, invece, usano NAD nella reazione, come la DNA ligasi mostrata qui a destra, dall'archivio PDB 1dgs. In entrambi i casi, una lisina nella DNA ligasi forma un legame col fosfato del cofattore, legandosi con la porzione di AMP, adenosinamonofosfato, e scartando il resto. Più tardi nella reazione, questo AMP viene trasferito al filamento di DNA rotto, e poi viene rilasciato mentre il filamento viene ricucito.
La DNA ligasi è un enzima notevolmente utile, sia nelle cellule che fuori. Insieme con gli enzimi di restrizione (si veda la Molecola del Mese Enzimi di Restrizione di agosto 2000), ha reso possibile lo sviluppo della tecnologia del DNA ricombinante. Con questi due enzimi, i ricercatori possono tagliare e ricucire a piacimento i filamenti di DNA, realizzando geni nuovi e genomi nuovi. Gli enzimi di restrizione sono come forbici, che ci permettono di tagliare il DNA in punti specifici. La DNA ligasi ci permette poi di riconnetterli insieme per ottenere filamenti di DNA funzionanti. Con questa tecnologia, noi ora siamo in grado di fare in laboratorio quello che le cellule hanno fatto per miliardi di anni!