Cell：解旋酶在DNA复制过程的作用机制

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Cell：解旋酶在DNA复制过程的作用机制 美国科学家的一项最新研究，回答了一个关于DNA的基本问题，即DNA在复制过程中是如何在酶的作用下解开双螺旋结构的。相关论文发表在6月29日的《细胞》杂志上。领导该项研究的是美国康奈尔大学的物理学副教授MichelleWang，她的小组检验了在DNA代谢过程中起重要作用的解旋酶（helicase）的工作机制。长期以来，科学家知道，解旋酶位于DNA双链叉状分离的位置，有些类似于拉链的拉头。不过，对于解

  生物谷报道：美国康奈尔大学的研究人员一项最新研究，回答了有关DNA双链如何分开并进行基因拷贝过程的一个基础性的问题，即DNA在复制过程中是如何在酶的作用下解开双螺旋结构的。这项发表在最新一期6月29日Cell杂志上，的作用。这项研究发现解旋酶（helicase）似乎对它结合的双链交叉位置施加压力（主动地），从而将DNA双链分开。研究人员解释说，简单的被动解链机理是无法解释他们获得的数据的。

  领导该项研究的是美国康奈尔大学的物理学副教授Michelle Wang，她的小组检验了在DNA代谢过程中起重要作用的解旋酶（helicase）的工作机制。  

  解旋酶缺陷的发生与多种人类疾病有关，它们与所有DNA和RNA代谢过程的关系尤其密切。长期以来，科学家知道，解旋酶位于DNA双链叉状分离的位置，有些类似于拉链的拉头。不过，对于解旋酶是主动起分离作用，还是被动地等待DNA双链自己打开，科学家一直存在争执。  

  在最新的研究中，科学家发现，解旋酶确实为双链分离出了力。Michelle Wang表示，“被动解旋机制不能解释我们的实验数据。解旋酶是一个主动的‘发动机’。”  

  在实验中，研究人员将DNA双链的一端固定在显微镜的盖玻片上，另一端固定在一颗微米尺度的塑料珠中，并利用一束激光控制珠子的位置。通过这一装置，研究人员能够精确测定DNA单链中的张力。他们发现，随着解旋酶的移动和双链的打开，DNA链中的张力变小了。在将实验结论与两种理论预言进行比较后，科学家确定，解旋酶在这一过程中是主动起作用的。  

  研究人员还发现，细胞中的DNA解旋进行很快，而实验中却要慢得多。Michelle Wang认为，一定还有其他的蛋白酶与解旋酶一道，共同完成双链分离的过程。

原始出处:

Cell, Vol 129, 1299-1309, 29 June 2007
Article

Single-Molecule Studies Reveal Dynamics of DNA Unwinding by the Ring-Shaped T7 Helicase
Daniel S. Johnson,1 Lu Bai,1 Benjamin Y. Smith,1 Smita S. Patel,2 and Michelle D. Wang1,

1 Department of Physics, Laboratory of Atomic and Solid State Physics, Cornell University, Ithaca, NY 14853, USA
2 Department of Biochemistry, UMDNJ-Robert Wood Johnson Medical School, 675 Hoes Lane, Piscataway, NJ 08854, USA


Corresponding author
Michelle D. Wang
mdw17@cornell.edu

Helicases are molecular motors that separate DNA strands for efficient replication of genomes. We probed the kinetics of individual ring-shaped T7 helicase molecules as they unwound double-stranded DNA (dsDNA) or translocated on single-stranded DNA (ssDNA). A distinctive DNA sequence dependence was observed in the unwinding rate that correlated with the local DNA unzipping energy landscape. The unwinding rate increased ∼10-fold (approaching the ssDNA translocation rate) when a destabilizing force on the DNA fork junction was increased from 5 to 11 pN. These observations reveal a fundamental difference between the mechanisms of ring-shaped and nonring-shaped helicases. The observed force-velocity and sequence dependence are not consistent with a simple passive unwinding model. However, an active unwinding model fully supports the data even though the helicase on its own does not unwind at its optimal rate. This work offers insights into possible ways helicase activity is enhanced by associated proteins.