DNA复制

拓扑异构酶与DNA促旋酶(topoisomerase and DNA gyrase)

/ TOP-oh-eye-SOM-er-ase; JY-race /

试着从中间把一条拧得很紧的绳子的两股分开:你手前方的那段绳子会越拧越紧、越打越结,直到你几乎再也拉不动。DNA在复制时正有这个问题。当解旋酶在复制叉处解开螺旋时,前方仍配对的DNA会越缠越紧。拓扑异构酶就是缓解这种扭转张力的酶。

拓扑异构酶的工作方式是暂时切断DNA骨架——切一条链(I型)或两条链都切(II型)——让DNA绕过或穿过这个切口以释放张力,然后再完美地把它封回去。在细菌中,一种叫DNA促旋酶的II型酶更进一步:它主动引入负超螺旋,使DNA欠缠绕,这既缓解了复制叉前方的张力,也使染色体保持紧凑。拓扑异构酶还能解开两个相互套连的DNA环(解连环),这对在环状基因组复制完成后分开两条完工的子代染色体至关重要。

没有拓扑异构酶,复制叉会在几秒内停摆,因为前方的超螺旋将变得无法解开。由于它们不可或缺,又由于切割DNA一旦出错十分危险,拓扑异构酶成了重要的药物靶点:氟喹诺酮类抗生素卡住细菌促旋酶,把它困在断裂的DNA上;若干抗癌药则把人的拓扑异构酶困在断裂的DNA上,以杀死快速分裂的细胞。

环丙沙星这种常用抗生素的作用机制,是把细菌的DNA促旋酶卡在切割中途:酶让DNA保持断裂状态而无法重新封合,于是细菌的染色体崩解,细胞死亡——这是理解这种酶带来的直接医学回报。

促旋酶不可或缺——这正使它成为首要的抗生素靶点。

拓扑异构酶切断并重新封合糖-磷酸骨架以改变DNA拓扑结构;这与解旋酶恰恰相反——解旋酶只打断碱基对的氢键,从不切断骨架。

又称
topoisomeraseDNA gyrasetopo拓扑酶促旋酶