《生物化學與分子生物學》 (二)與超螺旋松馳有關的酶：

DNA復制從起始點開始向一個方向復制時，局部的DNA雙鏈必須打開，主要靠解鏈酶的作用，打開后的單鏈還需要單鏈結合蛋白與其結合，在復制叉向前移動時造成其前方DNA分子所產生的正超螺旋，必須由拓撲異構酶來解決。下面分別介紹它們的作用。

拓撲異構酶(topoisomerase)是一類改變DNA拓撲性質的酶。在體外可催化DNA的各種拓撲異構化反應，而在生物體內它們可能參與了DNA的復制與轉錄。在DNA復制時，復制叉行進的前方DNA分子部分產生有正超螺旋，拓撲酶可松馳超螺旋，有利于復制叉的前進及DNA的合成。DNA復制完成后，拓撲酶又可將DNA分子引入超螺旋，使DNA纏繞、折疊，壓縮以形成染色質。DNA拓撲異構酶有Ⅰ型和Ⅱ型，它們廣泛存在于原核生物及真核生物中。表16－3

表16－3　大腸桿菌和真核生物中的拓撲異構酶

類型作用對超螺旋的作用Ⅰ型拓撲異構酶大腸桿菌切開一股DNA鏈松馳負超螺旋真核生物切開一股DNA鏈松馳正，負超螺旋Ⅱ型拓撲異構酶大腸桿菌切開二股DNA鏈構馳正超螺旋；依賴ATP引入負超螺旋，解環(huán)連等真核生物切開二股DNA鏈松馳正超旋，依賴ATP但不能引入負超螺旋

拓撲異構酶Ⅰ(TopoⅠ)的主要作用是將環(huán)狀雙鏈DNA的一條鏈切開一個口，切口處鏈的末端繞螺旋軸按照松馳超螺旋的方向轉動，然后再將切口封起來。這就使DNA復制叉移動時所引起的前方DNA正超螺旋得到緩解，利于DNA復制叉繼續(xù)向前打開。拓撲異構酶Ⅰ除上述作用外，對環(huán)狀單鏈DNA還有打結或解結作用，對環(huán)狀雙鏈DNA的環(huán)連或解連以及使環(huán)狀單鏈DNA形成環(huán)狀雙鏈DNA都有作用(圖16－13)。

圖16－１3　拓撲酶Ⅰ及Ⅱ的作用特點

(a)大腸桿菌拓撲酶Ⅰ催化的4種拓撲異構化作用　(b)拓撲酶Ⅱ的作用

拓撲異構酶Ⅱ(TopoⅡ)是在大腸桿菌中發(fā)現的，曾被稱為旋轉酶(gyrase)，它們作用特點是切開環(huán)狀雙鏈DNA的兩條鏈，分子中的部分經切口穿過而旋轉，然后封閉切口，TopoⅡ還可使DNA分子從超螺旋狀態(tài)轉變?yōu)樗神Y狀態(tài)，此反應不需要ATP參與。DNA復制完成后，TopoⅡ在ATP參與下，DNA分子從松馳狀態(tài)轉變?yōu)樨摮菪?。此外，TopoⅡ催化的拓撲異構化反應還有環(huán)連或解環(huán)連，以及打結或解結。