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science:dna上的漫步 收藏

生物通报道:科学家们对细菌的一种限制性内切酶进行研究,揭示了解旋酶沿DNA做长距离移动的机制,展示了这种酶对ATP能源的高效利用,文章发表在本期Science杂志上。

解旋酶helicase是一类分布广泛的三磷酸腺苷酶(ATPase),在基因组中具有重要的功能。人类中的一些癌症就与细胞的解旋酶有关。德国Bristol大学和Dresden工业大学的研究人员发现,解旋酶能够将化学能和机械能巧妙的结合起来加以利用。这项研究深入解析了解旋酶的详细作用机制,将有助于加深人们对解旋酶作用的了解,帮助研究者们开发新的相关技术和治疗方法。

DNA解旋酶沿着DNA移动,并同时解开双螺旋,露出单链DNA以便进行修复或复制。此前人们普遍认为,这一过程伴随着化学能源ATP的消耗,并因此将解旋酶视为一种分子马达。

在这项新研究中,Ralf Seidel及其团队通过单分子荧光显微镜,观察了EcoP15I限制性内切酶在病毒(噬菌体)DNA上的移动。他们对解旋酶进行了荧光标记,在伸展一个DNA分子的同时,对单个解旋酶的移动进行观察。此外,研究人员还通过高分辨率的荧光光谱法,分析了上述过程中蛋白构造的动态变化,以及ATP消耗的动力学情况。

令人惊讶的是,这种解旋酶只在反应初期消耗ATP。研究显示,解旋酶在与目标位点结合时,水解ATP进行构象改变。此后解旋酶在DNA上的长距离移动,仅由热运动(thermal motion)驱使,这种热运动是指与周围水分子的碰撞。这样的机制形成了典型的“随机行走”(random walk)模式,即蛋白向前和向后移动的几率相同。生物通 “我们的研究指出,解旋酶使用ATP能源进行构象改变,而不是用来解旋DNA。解旋酶在DNA上的长程移动,并不需要使用ATP能源。这种随机移动发生得很快,比许多ATP驱动马达更有效率。我们认为,解旋酶经由这一高效节能的途径沿着DNA移动,这一机制可能也参与了DNA修复等其它过程。”文章的资深作者之一,生化教授Mark Szczelkun说。




 
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