DNA 复制与修复

拓扑异构酶(topoisomerase)

/ toh-poh-EYE-suh-mer-ayss /

拿一部老式有线电话,从一端开始把两股缠绕的电线往外拉。你会发现电话线更靠后的部分会缠得更紧,开始打结、自己盘成一圈圈。DNA也会发生同样的事:当解旋酶在复制叉处解开螺旋时,它前方的DNA会越缠越紧,积累起危险的张力。拓扑异构酶就是那种释放这股张力、使复制不致卡住的酶。

拓扑异构酶的工作方式是在DNA上制造临时的、受控的切口。它把螺旋的一条链(或两条链)剪开,让DNA旋转或穿过去以释放过度的缠绕,然后小心地把切口重新封好,仿佛什么都没发生过。由于它只短暂地打断骨架、又精确地重新接合,不会丢失任何遗传信息。它在复制叉的稍前方工作,不断地解开解旋酶持续制造出来的超螺旋张力。

拓扑异构酶之所以重要,是因为若没有它,不断积累的扭转应力会让复制叉停下来,甚至把DNA崩断。同一类酶也负责解开复制后相互链接在一起的染色体。这门生物学有一个引人注目的医学侧面:一些抗生素卡住细菌的拓扑异构酶,一些抗癌药则把人类的拓扑异构酶困在切割的当口,让DNA保持断裂状态——从而杀死快速分裂的细胞。一个常见的误解是认为拓扑异构酶像解旋酶那样'解开'DNA;其实它并不分开两条链——它释放的是链分离所造成的扭转张力。

喹诺酮类抗生素(如环丙沙星)的作用机制是把细菌的拓扑异构酶困在切割中途。这种酶把DNA切开却再也无法封回去,于是细菌的染色体被留在断裂的碎片状态,细胞随之死亡——而人类细胞由于拥有不同的拓扑异构酶,大体上得以幸免。

拓扑异构酶靠切割再封合来释放扭转张力——这也是许多药物的靶点。

拓扑异构酶释放解旋造成的扭转应力;它并不分开两条链——那是解旋酶的工作。

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