DNA 複製與修復

拓撲異構酶(topoisomerase)

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拿一部老式有線電話,從一端開始把兩股纏繞的電線往外拉。你會發現電話線更靠後的部分會纏得更緊,開始打結、自己盤成一圈圈。DNA也會發生同樣的事:當解旋酶在複製叉處解開螺旋時,它前方的DNA會越纏越緊,積累起危險的張力。拓撲異構酶就是那種釋放這股張力、使複製不致卡住的酵素。

拓撲異構酶的工作方式是在DNA上製造臨時的、受控的切口。它把螺旋的一條鏈(或兩條鏈)剪開,讓DNA旋轉或穿過去以釋放過度的纏繞,然後小心地把切口重新封好,彷彿什麼都沒發生過。由於它只短暫地打斷骨架、又精確地重新接合,不會丟失任何遺傳資訊。它在複製叉的稍前方工作,不斷地解開解旋酶持續製造出來的超螺旋張力。

拓撲異構酶之所以重要,是因為若沒有它,不斷積累的扭轉應力會讓複製叉停下來,甚至把DNA崩斷。同一類酵素也負責解開複製後相互鏈接在一起的染色體。這門生物學有一個引人注目的醫學側面:一些抗生素卡住細菌的拓撲異構酶,一些抗癌藥則把人類的拓撲異構酶困在切割的當口,讓DNA保持斷裂狀態——從而殺死快速分裂的細胞。一個常見的誤解是認為拓撲異構酶像解旋酶那樣'解開'DNA;其實它並不分開兩條鏈——它釋放的是鏈分離所造成的扭轉張力。

喹諾酮類抗生素(如環丙沙星)的作用機制是把細菌的拓撲異構酶困在切割中途。這種酵素把DNA切開卻再也無法封回去,於是細菌的染色體被留在斷裂的碎片狀態,細胞隨之死亡——而人類細胞由於擁有不同的拓撲異構酶,大體上得以倖免。

拓撲異構酶靠切割再封合來釋放扭轉張力——這也是許多藥物的靶點。

拓撲異構酶釋放解旋造成的扭轉應力;它並不分開兩條鏈——那是解旋酶的工作。

又稱
DNA topoisomeraseDNA gyrase (a bacterial type)解旋张力酶