拓撲異構酶

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拓樸異構酶英语Topoisomerase;type I:EC 5.99.1.2,type II:EC 5.99.1.3)是一種異構酶,能使DNA長鏈斷裂與接合。專門參與DNA拓撲構形(DNA topology)改變的過程,最早的發現者是出身台灣的生化學家王倬[1]

拓撲問題[编辑]

環狀DNA的超螺旋結構。

DNA在結構上主要有三種拓樸構型的變化:超螺旋(supercoiling)、紐結(knotting)與連鎖(catenation)。能夠使DNA在不進行DNA複製轉錄的時候,盡量維持其緊密性。反之在轉錄或複製過程中,這些拓撲構型將會阻礙反應。

功能[编辑]

由於DNA一般是以雙螺旋形式存在,因此較難將這些長鏈分開。但為了要讓某些酵素能夠參與轉錄作用或DNA複製,必須先由螺旋酶將兩股DNA分離。在複製完成之後,兩股環狀DNA會產生拓撲學相連(形狀上聯成一體,但實際上沒有化學鍵相接)的現象,或稱紐結

當特定的DNA環以不同程度的扭轉形式存在時,稱為拓樸異構物,除非打斷DNA鏈,否則無法經由任何方式相互轉變。而拓撲異構酶就是負責催化並引導一些化學反應,以使DNA的紐結狀態得以解除。此外當病毒DNA插入染色體時,或是在其他型態的重組現象中,也可能會有拓撲異構酶的參與。

分類與作用方式[编辑]

拓樸異構酶可依據其作用方式,而分為兩種類型:

第一型拓樸異構酶(Type I topoisomerase):可將一條DNA雙股螺旋完全包覆,並以破壞磷酸雙酯鍵的方式切斷其中一股DNA,使其產生一個小缺口,此時另一股完整的DNA將會穿過此缺口,之後通道重新黏合。屬於這類型的有拓樸異構酶I(topoisomerase I)與拓樸異構酶III(topoisomerase III)等。

第二型拓樸異構酶(Type II topoisomerase):可將一條DNA雙股螺旋上的兩股DNA皆切斷,產生缺口,使另一條雙股螺旋能夠穿過此缺口,之後再將通道重新黏合。屬於這類型的有拓撲異構酶IIα與拓撲異構酶IIβ等。

兩種類型皆可改變DNA的環繞數(linking number)。

臨床意義[编辑]

許多藥物經由干擾拓樸異構酶以產生療效。例如廣效氟化奎林酮類(fluoroquinolone)抗生素能夠破壞細菌第二型拓撲異構酶的機能。

另外還有一些化學治療藥物能干擾細胞的拓撲異構酶作用,進而抑制細胞生長,或使細胞死亡:

參考文獻[编辑]

  • James J. Champoux. DNA Topoisomerases: Structure, Function, and Mechanism. Annual Review of Biochemistry. (2001) 70: 369-413. PMID 11395412
  • Daniel Hartl & Elizabath W. Jones. Genetic. 6th ed. Jones and Bartlett Publishers. ISBN 0-7637-1511-5
  • David L. Nelson & Michael M. cox. Lehinger. Principles of Biochemistry. 4th ed. Freeman. ISBN 0-7167-4339-6

外部連結[编辑]