医学专题—参与DNA复制有关的酶和蛋白质课件

1、医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质参与DNA复制(fzh)有关的酶和蛋白质第一页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 现在已经知道约现在已经知道约20多种蛋白质参与复制多种蛋白质参与复制(fzh)。1聚合酶聚合酶2解解 链、链、 解解 旋旋 酶酶 类类3引发酶引发酶4连接酶连接酶 下表是与大肠杆菌复制有关的蛋白质。下表是与大肠杆菌复制有关的蛋白质。第二页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质蛋白质名称蛋白质名称分子量分子量103U亚基数亚基数 功功 能能每个菌中的每个菌中的分子数分子数毫克蛋白质毫克蛋白质公斤细胞（湿重）公斤细胞（湿重）SSBi蛋白蛋白n蛋白蛋

2、白n 蛋白蛋白n蛋白蛋白dnaCdnaB引发酶引发酶 74 80 25 75 11 29300 6044111161与单链结合与单链结合预引发预引发预引发预引发部位识别部位识别,ATPase预引发预引发预引发预引发移动启动子移动启动子,ATPase引发合成引发合成300 50 30 70 -100 20 50 20 0.5 0.3 0.3 0.2表表 与大肠杆菌复制与大肠杆菌复制(fzh)有关的蛋白质有关的蛋白质接下页接下页BACK第三页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质蛋白质名称蛋白质名称分子量分子量103U亚基数亚基数 功功 能能每个菌中的分子每个菌中的分子数数毫克蛋白质

3、毫克蛋白质公斤细胞（湿重）公斤细胞（湿重）Pol 全酶全酶 140 25 10 37 52 32 831121211链的延长链的延长30020 0.5Pol 1091填补缺口和切去引填补缺口和切去引物物30010连接酶连接酶 741连接连接30010拓扑异构酶拓扑异构酶 400 210 190422引进超螺旋引进超螺旋_25025rep 蛋白蛋白 解链酶解链酶dnaA 65 75 4811解开双链解开双链复制起始复制起始5050002000.6Rep蛋白蛋白(dnbi)是一种大肠杆菌解链酶是一种大肠杆菌解链酶第四页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 1 DNA聚合酶聚合酶 D

4、NA聚合酶聚合酶是指以脱氧核苷三磷酸作为是指以脱氧核苷三磷酸作为(zuwi)底物催化合成底物催化合成DNA的一类酶。的一类酶。 全称全称(qun chn)： DNA依赖的依赖的DNA聚合酶聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)简称：简称：DNA-pol活性：活性：1. 53 的聚合活性的聚合活性2. 核酸核酸(h sun)外切酶活性外切酶活性第五页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 所有所有DNA聚合酶的作用方式根本相似。它们催化聚合酶的作用方式根本相似。它们催化(cu hu)脱氧核苷三磷酸加到复制中的脱氧核苷三磷酸加到复制中的DNA链的链的3羟

5、基末端，合成羟基末端，合成方向从方向从53，由模板决定加上何种脱氧核苷酸。，由模板决定加上何种脱氧核苷酸。 第六页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质5 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 3 5 外切外切(wi qi)酶活性酶活性 5 3 外切外切(wi qi)酶活性酶活性?能切除突变能切除突变(tbin)的的 DNA片段和片段和RNA引物。引物。能识别错配的碱基对，并将其水解。能识别错配的碱基对，并将其水解。 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 目目

6、录录第七页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质第八页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质DNADNA聚合酶的分类聚合酶的分类(fn (fn li)li)DNA-pol 主要主要(zhyo)的修复酶的修复酶DNA-pol 次要的修复酶次要的修复酶DNA-pol 复制酶复制酶DNA-pol IV SOS修复修复DNA-pol V SOS修复修复原核原核(yun h)生物的聚合酶生物的聚合酶第九页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 (1) 大肠杆菌大肠杆菌DNA聚合酶聚合酶I (Pol ) 纯的纯的DNA聚合酶聚合酶I由分子量由分子量109 000U

7、 (109KD)，含，含928个氨基酸残基的一条肽链构成，每个大肠个氨基酸残基的一条肽链构成，每个大肠杆菌细胞杆菌细胞(xbo)中大约含中大约含400个酶分子。个酶分子。(单链多肽单链多肽 功能功能：对复制中的错误进行校读，对复制和修复中对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙出现的空隙(kngx)(kngx)进行填补。进行填补。第十页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质323个氨基酸个氨基酸小片段小片段(pin dun)34KD5 核酸核酸(h sun)外切酶活性外切酶活性大片大片(d pin)段段/Klenow 片段片段 76KD604个氨基酸个氨基酸DNA聚合酶活

8、性聚合酶活性 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性N 端端C 端端枯草杆菌蛋白酶或枯草杆菌蛋白酶或胰蛋白酶胰蛋白酶DNA-pol 第十一页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质DNA聚合酶聚合酶的的多种活性。多种活性。 53聚合活性：聚合活性： 在模板在模板(mbn)指导下，以脱氧核苷三磷酸为底物在引物指导下，以脱氧核苷三磷酸为底物在引物3-OH末端加上脱氧核苷酸末端加上脱氧核苷酸。每个酶。每个酶分子每分钟添加分子每分钟添加1 000个单核苷酸。个单核苷酸。 聚合酶催化的聚合酶催化的DNA的合成需要以下条件：的合成需要以下条件： 模板模板 四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸 必须有一必须有

9、一 3-OH末端的引物，且此引物必须与模板正确形成氢键末端的引物，且此引物必须与模板正确形成氢键 合成从合成从53方向进行，如图方向进行，如图7-8和图和图7-9所示所示第十二页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质第十三页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 35外切外切(wi qi)酶活性：酶活性： 没有脱氧核苷三磷酸底物时，没有脱氧核苷三磷酸底物时， DNA聚合酶聚合酶 I 能从能从3-OH开始以开始以35方方向水解向水解DNA，产生，产生5-单核苷酸。单核苷酸。 实际上实际上DNA复制时，加上去的脱氧核苷酸不一定每次都正确，错误的复制时，加上去的脱氧核苷酸

10、不一定每次都正确，错误的时机不少，有时甚至加上一个不与模板配对的核苷酸，当时机不少，有时甚至加上一个不与模板配对的核苷酸，当3-OH末端的碱基末端的碱基不与模板配对时聚合酶就无聚合活性，此时它具有的不与模板配对时聚合酶就无聚合活性，此时它具有的35外切酶活性可以外切酶活性可以切除这个不配对的核苷酸，这一碱基切除后，外切核酸酶活性终止，聚合酶切除这个不配对的核苷酸，这一碱基切除后，外切核酸酶活性终止，聚合酶活性恢复，如图活性恢复，如图7-10所示。所以聚合酶的所示。所以聚合酶的35外切酶活性也叫修补活性。外切酶活性也叫修补活性。 第十四页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质第十五

11、页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 53外切外切(wi qi)酶活性：酶活性： DNA聚合酶聚合酶I具有具有53外切酶活性。外切酶活性。 如图如图7-11，其特点是：，其特点是： 只能在只能在5-P末端一个接一个地切除核苷酸；末端一个接一个地切除核苷酸； 能连续地切除多个核苷酸；能连续地切除多个核苷酸； 只切除配对的只切除配对的5-P末端核苷酸，不切除不配对的单链末端核苷酸，不切除不配对的单链5-P末端末端核苷酸；核苷酸； 既能切除脱氧核苷酸也能切除核苷酸；既能切除脱氧核苷酸也能切除核苷酸； 对只具有对只具有5-P末端的切口也有活性由于在末端的切口也有活性由于在DNA复制过

12、程中复制过程中一般情况下只在一般情况下只在RNA引物处才有缺口，因此引物处才有缺口，因此53外切酶活性的主要外切酶活性的主要功能是切除核糖核苷酸引物。功能是切除核糖核苷酸引物。 第十六页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质第十七页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 切口翻译切口翻译(nicktranslation) DNA聚合酶聚合酶 I 的的53外切酶活性和聚合活性同时外切酶活性和聚合活性同时(tngsh)作用可以进作用可以进行切口翻译行切口翻译(nicktranslation)，用来制造放射性探针。，用来制造放射性探针。 在反响物里参加同位素标记的脱氧单核

13、苷酸，在反响物里参加同位素标记的脱氧单核苷酸，DNA聚合酶聚合酶I 首先利用首先利用53外切酶活性，从切口处逐个切下外切酶活性，从切口处逐个切下DNA上的核苷酸，再利用上的核苷酸，再利用3-OH末端末端聚合作用逐个将标记的核苷酸加上去聚合作用逐个将标记的核苷酸加上去(图图712)。第十八页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质5353第十九页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 内切酶活性：内切酶活性：DNA聚合酶聚合酶 I 也具有也具有53 内切酶活性，如图内切酶活性，如图7-13所示。在两个碱基之间切开产生所示。在两个碱基之间切开产生一个具有一个具有5-P 末

14、端的末端的不配对碱基的片段不配对碱基的片段。 很多实验证明很多实验证明(zhngmng)DNA聚合酶聚合酶 I 在大肠杆菌复制中不是主要的合成酶，而是在大肠杆菌复制中不是主要的合成酶，而是在除在除去去RNA引物和损伤修复中起重要作用。引物和损伤修复中起重要作用。第二十页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质不配对不配对(pi du)的的片段片段内切酶活性内切酶活性第二十一页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 2 大肠杆菌大肠杆菌 DNA聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合酶缺陷的突变株仍能生存，这说明缺陷的突变株仍能生存，这说明DNApol不是不是DNA复制的主要复制

15、的主要(zhyo)聚合酶。人们开始寻找另外的聚合酶。人们开始寻找另外的DNA聚合酶，并于聚合酶，并于1970年发现了年发现了DNApol。 从从53方向合成方向合成DNA 具有具有35外切酶活性，但没有外切酶活性，但没有53外切酶活性。外切酶活性。 在体外的合成速率比体内的速率要低得多，带有这个酶缺陷的大肠杆菌突变株染在体外的合成速率比体内的速率要低得多，带有这个酶缺陷的大肠杆菌突变株染色体的复制各方面都正常，它在体内的功能可能和色体的复制各方面都正常，它在体内的功能可能和DNA聚合酶聚合酶 I 类似。类似。 第二十二页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 (3) 大肠杆菌大肠

16、杆菌DNA聚合酶聚合酶 聚合酶聚合酶是体内是体内DNA复制所必需的酶复制所必需的酶 带有带有DNA聚合酶聚合酶 的温度敏感突变的温度敏感突变 (polc) 的大肠杆菌在限制的大肠杆菌在限制温度下是不能存活的，从这种菌株得到的裂解液也不能合成温度下是不能存活的，从这种菌株得到的裂解液也不能合成DNA，当参加正常细菌的，当参加正常细菌的DNA 聚合酶聚合酶 时可以恢复它的聚合能力，因时可以恢复它的聚合能力，因此不同于此不同于DNA聚合酶聚合酶I和和，聚合酶，聚合酶是体内是体内DNA复制所必需的酶复制所必需的酶。 DNA多聚酶多聚酶相当复杂相当复杂(fz)，其结构和各亚基的功能如图，其结构和各亚基的

17、功能如图1124，25所示。所示。 DNA pol 具有具有53聚合功能。聚合功能。 第二十三页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质DNA聚合酶聚合酶 的的 “核心酶由核心酶由、三种亚基三种亚基组成。组成。 亚基具有亚基具有(jyu)合成合成DNA的能力。的能力。 亚基具有亚基具有35外切酶的功能，起到校正的外切酶的功能，起到校正的作用。作用。 亚基可能在组装中发挥功能。亚基可能在组装中发挥功能。亚基加到核心酶上使其二聚化亚基加到核心酶上使其二聚化，进一步产生，进一步产生pol III。复合体参加到复合体参加到pol ，进一，进一步形成步形成(xngchng) pol 复复合体

18、。合体。 复合体是由复合体是由，和和亚基组成，其作用是固定亚基组成，其作用是固定亚基这个亚基这个“夹子的支架。夹子的支架。亚基亚基：形成夹钳，保持催化：形成夹钳，保持催化核心和模板链的结合核心和模板链的结合第二十四页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 聚合酶聚合酶的活性的活性 聚合活性：聚合活性： DNA复制时聚合酶复制时聚合酶 全酶十分重要，它可以在全酶十分重要，它可以在DNA模板上的引物的模板上的引物的3-OH上以每分钟约上以每分钟约50 000核苷酸的速率逐个延伸新核苷酸的速率逐个延伸新生的生的DNA。 35和和53的外切酶活性：的外切酶活性： pol 的的53外切酶活

19、性与外切酶活性与pol的不同，的不同，pol 的的53外切酶外切酶活性只对活性只对 单链单链 DNA有作用有作用(zuyng)，因此不能用于缺口翻译。，因此不能用于缺口翻译。DNA聚合酶聚合酶的作用范围如图的作用范围如图7-14所示。所示。 第二十五页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质第二十六页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质催化催化DNA聚合聚合参与参与DNA损伤损伤的应急状态修的应急状态修复复修复合成、修复合成、切除引物、切除引物、填补空隙填补空隙功能功能2040400分子数分子数/细胞细胞1011亚基数亚基数+-+5 外切酶活性外切酶活性+ 5 外切

20、酶活性外切酶活性+5 聚合酶活性聚合酶活性pol IIIpol IIpol IE. Coli中的中的DNA聚合酶聚合酶第二十七页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 (4) 真核生物中的真核生物中的DNA聚合酶聚合酶 所有真核生物中的聚合酶的性质根本上同大肠杆菌中的聚所有真核生物中的聚合酶的性质根本上同大肠杆菌中的聚合酶相似，它的活性有赖于模板，带合酶相似，它的活性有赖于模板，带3-OH的引物，四种脱氧核的引物，四种脱氧核糖核苷磷酸。糖核苷磷酸。 目前发现的真核生物目前发现的真核生物DNA聚合酶有聚合酶有 。 DNA聚合酶聚合酶： 在迅速增殖的细胞在迅速增殖的细胞(xbo)中活

21、力较高。酶中活力较高。酶分子量在分子量在165,000一一175,000U之间。最适宜的底物是带缺口的双之间。最适宜的底物是带缺口的双链链DNA，但是带引物的变性，但是带引物的变性DNA也是很好的底物。是真核生物也是很好的底物。是真核生物的复制酶。的复制酶。 它同大肠杆菌它同大肠杆菌DNA聚合酶最大不同之处在于不具外切酶活聚合酶最大不同之处在于不具外切酶活性。性。 第二十八页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 DNA聚合酶聚合酶(损伤修复损伤修复)：为分子量较小：为分子量较小(43,000U)的聚合酶。在整个细胞周期中它的聚合酶。在整个细胞周期中它的活力没有变化，它利用的活力

22、没有变化，它利用Dnase I 处理处理(chl)过的天然过的天然DNA作模板，对变性作模板，对变性DNA几乎没几乎没有活性，不具外切酶的活性。有活性，不具外切酶的活性。 DNA聚合酶聚合酶线粒体：是一个大分子酶，在细胞内含量很低，因此不容易纯化线粒体：是一个大分子酶，在细胞内含量很低，因此不容易纯化。这个酶可以使用带缺口的。这个酶可以使用带缺口的DNA作底物，但以多聚作底物，但以多聚(A)、寡聚、寡聚(dT)8-10作为底物，酶活力作为底物，酶活力更高。更高。 DNA聚合酶聚合酶负责线粒体负责线粒体DNA的复制。的复制。 DNA聚合酶聚合酶和和DNA聚合酶聚合酶主要复制酶主要复制酶: 是真核

23、生物的复制酶，主要根据是聚是真核生物的复制酶，主要根据是聚合酶合酶的活性随细胞周期而变化。的活性随细胞周期而变化。 DNA聚合酶聚合酶：功能不详。：功能不详。第二十九页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 2 DNA连接酶连接酶 DNA Ligase DNA连接酶催化一个连接酶催化一个DNA链的链的5磷酸根与另一磷酸根与另一DNA链的链的3羟基形成磷羟基形成磷酸二酯键。酸二酯键。 但两个链都必须与同一另外的链互补结合，而且两链必须相邻，即只但两个链都必须与同一另外的链互补结合，而且两链必须相邻，即只能能(zh nn)连接一个切口连接一个切口(nick)而不能连接一个豁口而不能连

24、接一个豁口(gap)(丧失核苷酸丧失核苷酸)，如，如图图7-15所示。所示。例子：例子：T4诱导的连接酶不仅能在模板上连接诱导的连接酶不仅能在模板上连接DNA和和DNA之间的切口，也能之间的切口，也能连接连接RNA和和RNA之间的切口，不仅能连接之间的切口，不仅能连接DNA中的单链切口或双链的粘性中的单链切口或双链的粘性末端，而且能连接平头双链末端，而且能连接平头双链DNA 。大肠杆菌连接酶那么不行。大肠杆菌连接酶那么不行。 第三十页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质第三十一页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质3 与解链有关的酶和蛋白质与解链有关的酶和蛋白质

25、 DNA是双螺旋，在复制中双螺旋要解开，双螺旋的解开使是双螺旋，在复制中双螺旋要解开，双螺旋的解开使得复制叉前面产生正超螺旋，如果这些应力不以某种方式释放将得复制叉前面产生正超螺旋，如果这些应力不以某种方式释放将阻碍复制叉前进。阻碍复制叉前进。 现在已找到一些酶和蛋白质，它们或者能使现在已找到一些酶和蛋白质，它们或者能使DNA双链变得易双链变得易于解开，或者可以使超螺旋分子松弛，以下于解开，或者可以使超螺旋分子松弛，以下(yxi)介绍一些这类介绍一些这类蛋白质。蛋白质。 第三十二页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 (1) 单链结合单链结合(jih)蛋白蛋白 (SSB蛋白蛋白

26、) SSB蛋白：是缺乏酶活性的复制辅助蛋白，可以在远低于蛋白：是缺乏酶活性的复制辅助蛋白，可以在远低于Tm的温度下使双链的温度下使双链DNA拆开，并牢牢地结合在单链拆开，并牢牢地结合在单链DNA上，稳上，稳定单链区域的蛋白质。定单链区域的蛋白质。 SSB保护复制中的保护复制中的DNA单链局部不被单链局部不被核酸酶降解核酸酶降解 首先在大肠杆菌中发现，后来发现许多种生物中都有这类蛋首先在大肠杆菌中发现，后来发现许多种生物中都有这类蛋白质。在文献中，这类蛋白曾用过多种名称：解旋蛋白白质。在文献中，这类蛋白曾用过多种名称：解旋蛋白(unwindingproteill)，熔化蛋白，熔化蛋白(mel2i

27、ngprptein)，螺旋降稳蛋白，螺旋降稳蛋白(helixdestabizingprotein)。 第三十三页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 (2) 解链酶解链酶DNA解旋酶；解旋酶；DNA helicases 解链酶解链酶(解螺旋酶解螺旋酶)：是一类能通过水解：是一类能通过水解ATP获得能量来解开双链获得能量来解开双链DNA的的酶称为酶称为DNA解链酶。解链酶。 解链酶依赖于单链解链酶依赖于单链DNA 的存在的存在 分解分解ATP获得能量获得能量 具引发酶的功能合成小片段的具引发酶的功能合成小片段的RNA作为后随链的引物作为后随链的引物 如果双链如果双链DNA中有单链

28、末端中有单链末端(m dun)或缺口，那么或缺口，那么DNA解链酶可以首先结解链酶可以首先结合在这一局部，然后逐步向双链方向移动，复制时大局部合在这一局部，然后逐步向双链方向移动，复制时大局部DNA解链酶可以沿解链酶可以沿着后随链模板的着后随链模板的53方向随着复制叉的前进而移动，只有方向随着复制叉的前进而移动，只有rep蛋白一种大蛋白一种大肠杆菌解链酶是沿前导链模板的肠杆菌解链酶是沿前导链模板的35方向移动。因此在复制时方向移动。因此在复制时rep蛋白和蛋白和某某DNA解链酶分别在解链酶分别在DNA的两条母链上协同作用以解开双链的两条母链上协同作用以解开双链DNA图图7-16 第三十四页，共

29、五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质第三十五页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质第三十六页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 (3) 拓扑异构酶拓扑异构酶(Topoisomerase)： 是催化是催化DNA拓扑异构体拓扑异构体(Topoisomer)相互转换的一相互转换的一类酶。类酶。 拓扑异构酶能与拓扑异构酶能与DNA形成共价结合的形成共价结合的蛋白质蛋白质-DNA中间体中间体，从而在其骨架的磷酸二酯键处造成暂时性裂口，使，从而在其骨架的磷酸二酯键处造成暂时性裂口，使DNA的多核苷酸链得以穿越，从而改变的多核苷酸链得以穿越，从而改变DNA分子的

30、拓扑分子的拓扑状态。状态。 根据酶作用的机理及其介导一条根据酶作用的机理及其介导一条(y tio)链还是二条链的断链还是二条链的断裂，拓扑异构酶可分为裂，拓扑异构酶可分为型型和和型型。第三十七页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 型型拓扑异构酶的共同特点是：拓扑异构酶的共同特点是： 仅切断双链仅切断双链DNA中的一条链，即催化瞬时的单链断中的一条链，即催化瞬时的单链断裂裂(dun li)和连接。和连接。 不需要能量辅助因子，如不需要能量辅助因子，如ATP和和NAD等，因此不能催等，因此不能催化需能的超螺旋化结构。化需能的超螺旋化结构。型型拓扑异构酶一般都拓扑异构酶一般都使高度

31、使高度超螺旋的超螺旋的DNA松弛松弛。 型型拓扑异构酶的共同特点是：拓扑异构酶的共同特点是： 同时切断、缝合同时切断、缝合DNA的两条链。的两条链。 需要能量辅助因子，可以作用于任何相交的两对双链需要能量辅助因子，可以作用于任何相交的两对双链DNA。第三十八页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 大肠杆菌大肠杆菌(d chn n jn)拓扑异构酶拓扑异构酶I属于属于型酶型酶 概述：拓扑异构酶概述：拓扑异构酶 (E. coli)催化负超螺旋催化负超螺旋DNA的松弛。的松弛。 拓扑异构酶拓扑异构酶也参与也参与DNA的打结和解结。的打结和解结。 将两个互补的单链将两个互补的单链DNA

32、环耦合为双链环耦合为双链DNA环。环。 完整的全酶是一分子量完整的全酶是一分子量97 kDa的蛋白。的蛋白。第三十九页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 大肠杆菌拓扑异构酶大肠杆菌拓扑异构酶 I 的特点是：的特点是： 仅切断双链仅切断双链DNA中的单链并催化瞬时的单链断裂和连中的单链并催化瞬时的单链断裂和连接。接。 由于反响的产物还是闭环由于反响的产物还是闭环DNA，因此，酶反响机制是先，因此，酶反响机制是先切开双链切开双链DNA中的一条链，使切开链的末端沿螺旋的方向转中的一条链，使切开链的末端沿螺旋的方向转动，然后把切口封起来，到达松旋的目的。动，然后把切口封起来，到达松旋

33、的目的。 不需要能量辅助因子。如：不需要能量辅助因子。如：ATP NAD (烟酰胺腺嘌呤烟酰胺腺嘌呤二核苷酸二核苷酸) ，最初从大肠杆菌中别离，最初从大肠杆菌中别离(fnl)到一种叫到一种叫蛋白，蛋白，后来定名为大肠杆菌拓扑异构酶后来定名为大肠杆菌拓扑异构酶 I 。第四十页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质StructureoftheTopoI/contactwithDNA第四十一页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 后来发现这种酶广泛存在于各种生物中，不同学者曾给予各种命名后来发现这种酶广泛存在于各种生物中，不同学者曾给予各种命名：转轴酶：转轴酶(swiv

34、elase)，松旋酶，松旋酶(untwisting enzyme)，DNA松弛酶松弛酶(DNA relaxing enzyme)，切割，切割(qig)封口酶封口酶(nickingclosing enzyme)。 Topo I 酶松弛超螺旋酶松弛超螺旋DNA时不需要时不需要ATP，它可以催化三种拓扑转换，它可以催化三种拓扑转换反响反响(图图7-17)。第四十二页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质拓扑异构酶拓扑异构酶 I (E. coli)催化催化负超螺旋负超螺旋DNA的松弛的松弛(sn ch)。拓扑异构酶拓扑异构酶 I也参与也参与DNA的打结和解结。的打结和解结。 将两个互补的

35、单链将两个互补的单链DNA环环耦合为双链耦合为双链DNA环。环。第四十三页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质TopoIReactions仅切断双链DNA的一条(y tio)链，即催化瞬时的单链断裂和连接，不需要能量辅助因子如ATP和NAD等第四十四页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质TopoI作用(zuyng)机制23图图2-21 拓扑异构酶拓扑异构酶的作用机制的作用机制第四十五页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质 拓扑异构酶拓扑异构酶 属于属于型酶型酶 概述概述(i sh)：Topo广泛存在于各种生物中，它是完成复制所必需广泛存在于各种生物中，它是完成复制所必需的一种酶，可使完成复制后的两个子代环状双链的一种酶，可使完成复制后的两个子代环状双链DNA互相分开。互相分开。 第四十六页，共五十二页。医学专题参与DNA复制有关的酶和蛋白质