生化学において、リガーゼ（合成酵素とも呼ばれる）は、C-O、C-S、C-Nなどの新しい化学結合を形成することによって、2つの大きな分子を結合させる反応を触媒する酵素です。通常、これは1つの大きな分子に付随する小さな化学基の加水分解を伴いながら、2つの化合物を結びつけます。この手順は通常、エネルギー豊富なリン酸結合の切断から必要なエネルギーを取り込み、化学エネルギーの保存を含み、エネルギーを必要とする合成プロセスとエネルギーを放出する分解反応との間にリンクを提供します。ほとんどの場合、ATPからアデノシンADPへの同時変換がエネルギー源として機能します。リガーゼ触媒反応の一般的な定式化は以下の通りです：

命名法

リガーゼの一般的な名称には「リガーゼ」という言葉が含まれることが多く、DNAリガーゼはDNA断片を結合させるために分子生物学の実験室で頻繁に使用される酵素です。合成酵素は新しい分子の合成に適用されるため、リガーゼのもう一つの一般的に採用されている名称です。合成酵素は時には合成酵素と区別され、時には同義語として扱われます。定義の観点から、ATP、GTP、CTP、TTP、UTPなどのヌクレオシド三リン酸は、エネルギーを生産するために合成酵素によって使用されますが、合成酵素はヌクレオシド三リン酸を使用しません。合成酵素は、加水分解や酸化を除く手段でさまざまな化学結合の切断を触媒するライアーとして認識され、エネルギーを必要としないのに対し、合成酵素はエネルギーを必要とする2つの化学物質または化合物を結合させるリガーゼです。生化学命名法に関する合同委員会（JCBN）は、合成酵素が合成を触媒する任意の酵素を表すことができる一方で、合成酵素は同義語として使用される必要があると定めています。

分類

EC番号分類システムにおいて、リガーゼはEC 6として分類され、さらに6つのサブクラスに分類されます。

いくつかの一般的なリガーゼの応用

DNAリガーゼは、リン酸とデオキシリボースの間にリン酸ジエステル結合を形成することによってDNA鎖を結合させる特定のタイプの酵素です。DNAリガーゼは、DNAの複製、修復、再結合プロセス中に活性です。生物の二重鎖DNAの単一鎖切断の修復に広く適用され、二重らせんの補完鎖をテンプレートとして使用しますが、特定の形態は二重鎖損傷を修復することもあります。分子生物学の実験室では、精製されたDNAリガーゼが遺伝子クローニングに広く使用され、DNA分子を結合させて組換えDNAを形成します。DNAオリガミの分野、特にナノ化学におけるDNAリガーゼのもう一つの革新的な応用が見られます。DNAリガーゼは、DNAのオーバーハングからDNA格子構造を構築するために必要な酵素的支援を提供し、ナノマシン、ナノエレクトロニクス、生体分子、光学部品などのナノスケールの物体をさらに組み立てます。

リガーゼのもう一つの典型的な例として、T4 RNAリガーゼ1は、RNAの単鎖5'-リン酸末端をRNAの単鎖3'-ヒドロキシル末端にATP依存的に共価的に結合させることができます。T4 RNAリガーゼ2は、3'-OHおよび5'-リン酸化RNA末端の封止に必要な重要なシグネチャー残基と独自のC末端ドメインによって区別され、RNAの3'-ヒドロキシル末端を5'-リン酸化RNAに結合させることも触媒します。T4 RNAリガーゼ1とは異なり、T4 RNAリガーゼ2は二重鎖基質を好み、切断された形態のT4 RNAリガーゼ2によるリガーションには前アデニル化基質が必要です。T4 RNAリガーゼは、RNAの3'-末端にシチジン3',5'-ビス[α-32P]リン酸をラベル付けし、合成オリゴヌクレオチドの環状化を誘導し、PCR用の複合プライマーを特異的に生成することができます。tRNAの特定の修飾もT4 RNAリガーゼの助けを借りて達成でき、これはまた、5'-RACEのためにオリゴデオキシリボヌクレオチドを単鎖cDNAに結合させることを触媒しました。

ユビキチンリガーゼ（E3ユビキチンリガーゼとも呼ばれる）は、単一のポリペプチドまたは多量体複合体として存在する酵素です。E3ユビキチンリガーゼは、ユビキチンをロードしたユビキチン活性化酵素E1およびユビキチン結合酵素E2と協力して、さまざまなタンパク質基質のユビキチン化を加速し、標的分解をプロテアソームによって行います。ユビキチンは最終的に基質タンパク質のリジンにアイソペプチド結合を介して付加され、E3リガーゼはターゲットタンパク質とE2酵素の両方と相互作用することができ、E2酵素に基質特異性を与えます。E3ユビキチンリガーゼによるユビキチン化は、細胞のトラフィック、DNA修復、シグナル伝達など、多くの生物学的プロセスの調節において重要な役割を果たします。細胞生物学において非常に重要です。E3リガーゼは細胞周期制御やサイクリンの分解にも関与しています。ヒトゲノムは600以上の推定E3リガーゼをコードしており、基質の多様性が非常に高く、E3はタンパク質基質の特異性を決定することができます。最近の研究では、多くのE3がヒトの病気に関与していることがわかり、製薬介入のための魅力的な「ドラッガブル」ターゲットのクラスとなっています。

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