DNAリガーゼとDNAポリメラーゼの違いとは?

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DNAリガーゼとDNAポリメラーゼの主な違いは、DNAリガーゼがDNA複製、修復、組換えの際に二本鎖DNAの一本鎖切断を結合するのに対し、DNAポリメラーゼはDNA複製の際に成長中の鎖に5′から3′の方向に相補的DNAヌクレオチドを付加する点です。

 さらに、DNAリガーゼはゲノムの完全性を維持するために重要な役割を果たし、DNAポリメラーゼは細胞分裂に必要な新しいDNAの合成に重要である

DNAリガーゼとDNAポリメラーゼは、DNAの複製と修復に重要な役割を果たす2つの酵素です。

重要なのは、これらの酵素がホスホジエステル結合の形成を触媒していることである

主な対象分野

  1. DNAリガーゼとは
         – 定義、特徴、重要性
  2. DNAポリメラーゼとは
         – 定義、特徴、重要性
  3. DNAリガーゼとDNAポリメラーゼの類似点とは?
         – 共通する特徴の概要
  4. DNAリガーゼとDNAポリメラーゼの違いとは?
         – 主な違いの比較

Key Terms

DNAリガーゼ、DNAポリメラーゼ、DNA修復、DNA複製

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DNAリガーゼとは

DNAリガーゼは、DNAの複製、修復、組換えなどの際に、主に二本鎖DNAの一本鎖切断を結合する際に重要な役割を果たす酵素です。

ATP依存的に働く。

一般に、哺乳類には4種類のDNAリガーゼが存在する。

DNAリガーゼI、II、III、IVです。

ここで、DNAリガーゼIは、DNA複製の際に岡崎フラグメントからRNAプライマーを取り除いた後、ラグ鎖の新生DNAを結合させる役割を担う酵素です。

基本的には102 kDaの単量体であり、2つの明確に異なる領域を持つ。

78kDaのC末端には活性部位があり、24kDaのN末端には核局在シグナルがあり、DNA複製領域に酵素を誘導している。

What is the Difference Between DNA Ligase and DNA Polymerase:図1 DNAリガーゼの機能

さらに、DNAリガーゼIIは、DNAの修復を担っている。

しかし、この酵素は遺伝子を持たず、DNAリガーゼIII遺伝子の遺伝子産物がオルタナティブスプライシングされることによって形成される。

また、DNAリガーゼIIIは、ヌクレオチド除去修復時や組換え断片におけるDNAのライゲーションに関与している。

一方、DNAリガーゼIVは、非相同末端接合経路で二本鎖切断をライゲーションする。

このほか、大腸菌のDNAリガーゼやT4リガーゼなどがあります。

DNAポリメラーゼとは

DNAポリメラーゼは、DNA複製の際に、伸びているDNAの鎖に相補的なヌクレオチドを付加する重要な酵素です。

しかも、成長する鎖の5′から3′の方向へ進行する。

この酵素は、DNA複製時に合成を開始するために、RNAプライマー、言い換えれば、既存の3′-OH基を必要とする

一般に、真核生物のDNAポリメラーゼは、DNAポリメラーゼα、β、γ、δ、ε、ζの6種類です。

 しかし、DNA複製に関与するのは、そのうちの3種類だけです。

基本的に、他のDNAポリメラーゼはDNAの修復に関与しています。

DNA Ligase vs DNA Polymerase:図2 DNAポリメラーゼの機能

また、原核生物に存在する主なDNAポリメラーゼには、DNAポリメラーゼI、III、IV、Vがあり、DNAポリメラーゼIは、3′→5′および5′→3′エキソヌクレアーゼ活性を有している。

さらに、DNAポリメラーゼIIは、3′→5′エキソヌクレアーゼ活性のみを有する。

一方、DNAポリメラーゼIIIホロ酵素は原核生物におけるDNA複製の主要な酵素です。

一方、DNAポリメラーゼIVは、非標的変異誘発に関与している。

DNAポリメラーゼVはDNAの修復に関与している。

DNAリガーゼとDNAポリメラーゼの類似点

  • DNAリガーゼとDNAポリメラーゼは、二本鎖DNAを基質とする酵素です。
  • 両酵素はホスホジエステル結合の形成を触媒する。
  • 両酵素は、DNAの複製や修復に重要な役割を担っています。
  • また、これらの酵素は生物界に複数種類存在し、それぞれ微妙に異なる機能を有している。
  • DNAクローニング、DNA塩基配列決定、DNA標識、突然変異誘発など、in vitroでのDNA操作を含む遺伝子工学技術において重要です。

DNAリガーゼとDNAポリメラーゼの違い

定義

DNAの構成要素であるデオキシリボヌクレオチドからDNA分子を合成する酵素であるDNAポリメラーゼに対し、DNAリガーゼはリン酸ジエステル結合の形成を触媒してDNA鎖の結合を促進する特定の種類の酵素を指す。

タイプ

DNAリガーゼの種類としては、DNAリガーゼI、II、III、IV、大腸菌DNAリガーゼ、T4リガーゼなどが、DNAポリマーの種類としては、真核生物のDNAポリメラーゼα、β、γ、δ、ε、ζ、原核生物のDNAポリメラーゼI、III、 IV、Vなどがあげられる。

機能

DNAリガーゼはDNA複製、修復、組換えの際に二本鎖DNAの一本鎖切断を結合し、DNAポリメラーゼはDNA複製の際に成長する鎖に5′から3′の方向に相補的なDNAヌクレオチドを付加する。

活性化中間体・離脱基

DNAリガーゼの活性化中間体はDNA-アデニル酸、脱離基はAMPであり、DNAポリメラーゼの活性化中間体はデオキシリボヌクレオシド3リン酸、脱離基はピロリン酸です。

意義

さらに、DNAリガーゼはATP依存的に働き、DNAポリメラーゼは成長する鎖に5′から3′の方向にヌクレオチドを付加する。

重要性

DNAリガーゼがゲノムの完全性を維持するために重要な役割を果たす一方で、DNAポリメラーゼは細胞分裂に必要な新しいDNAの合成に重要である

結論

DNAリガーゼは、二本鎖DNAの一本鎖切断の結紮を担う酵素です。

一般に、DNAの複製、修復、遺伝子組み換えにおいて重要です。

一方、DNAポリメラーゼは、DNA複製の際に、伸びているDNA鎖に相補的な塩基を付加する主な酵素です。

さらに、DNA修復の際には、欠落した塩基を合成するのに重要な役割を担っています。

したがって、どちらの酵素もDNAの完全性を維持するために重要です。

しかし、DNAリガーゼとDNAポリメラーゼの主な違いは、その機能です。

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