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關(guān)于分子生物學(xué)里的拓撲異構(gòu)酶的疑問（歡迎參與討論，總共送30金幣哦）
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眾所周知，有L=T+W，其中L定義為雙鏈DNA的linking number，T為double helix帶來的twist數(shù)，W為supercoil帶來的writhing number。 分別有I類拓撲異構(gòu)酶和II類拓撲異構(gòu)酶，其區(qū)別在于I類酶只切斷雙鏈中的一條鏈，然后進行拓撲異構(gòu)，再重連；而II類酶則同時斷開雙鏈，進行拓撲異構(gòu)后再重連；這I、II兩種酶分別使L值變化1和2。 現(xiàn)已知DNA gyrase是屬于II類酶，并已知該酶能使W值變化1，那么是不是暗示該酶同時有使T值變化1的解雙螺旋（double helix）活性？ |
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小丹木木: 回帖置頂 2013-02-21 08:07:21
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之前的問題焦點在于ATP供能下的DNA gyrase有沒有解雙螺旋活性，經(jīng)過思考我得出了否定的結(jié)論，下面進行說明： 圖：Observer -------------------->左Chromosome右 首先我還是用到公式L=T+W，有所不同的是定義T的絕對值等于順時針螺旋數(shù)，W的絕對值等于逆時針螺旋數(shù)，如上圖所示，我假設(shè)觀察者從染色體人為定義的左端向人為定義的右端進行觀察，那么可以看到染色體是逆時針螺旋纏繞的，而DNA雙螺旋則是順時針螺旋，那么我以觀察者的角度人為設(shè)順時針螺旋數(shù)T為正數(shù)，逆時針螺旋數(shù)W為負數(shù)，那么由于染色體本身是處于一個熱力學(xué)穩(wěn)態(tài)，則可以推出L=T+W=0，這個推理的邏輯在于如果T和W絕對值不等，即L≠0時，染色體肯定是處于一個需要額外能量維系的非熱力學(xué)穩(wěn)態(tài)，一旦維系該狀態(tài)的能量耗竭，染色體整體會以0.5L的絕對值為旋轉(zhuǎn)次數(shù)進行與L正負號所示螺旋方向相反的旋轉(zhuǎn)以回歸熱力學(xué)穩(wěn)態(tài)，以上說明內(nèi)容是大前提。 接著，對于一個處于熱力學(xué)穩(wěn)態(tài)的染色體，有L'=T'+W'=0，即-T'=W'。假設(shè)它要開始進行DNA復(fù)制或轉(zhuǎn)錄，我將參與DNA復(fù)制的DNA polymerase和參與DNA轉(zhuǎn)錄的RNA polymerase都統(tǒng)稱為apparatus，并假設(shè)apparatus從觀察者近端的染色體左端向右端行進，那么隨著apparatus開始復(fù)制/轉(zhuǎn)錄，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)則開始解開，但解開方式的特殊之處在于該復(fù)制/轉(zhuǎn)錄的過程是會消耗能量的，而消耗的能量則使得apparatus前方的DNA雙鏈以遠離觀察者進一步進行順時針螺旋的方式開始apparatus所處區(qū)域的局部解螺旋，如果單是這樣子進行下去的最終結(jié)果將會是染色體整體在獲得了不少能量后其T值變成開始時的兩倍即T''=2T'，而W''=W'=-T'不變，對于染色體整體有L''=T''+W''=T'>0，染色體整體處于非熱力學(xué)穩(wěn)態(tài)，具體來說此時的染色體整體暫時處于螺旋數(shù)為T'的絕對值的DNA雙鏈順時針螺旋狀態(tài)，此時染色體整體自身不存在任何其它螺旋，是一條直的DNA雙螺旋鏈，顯然該狀態(tài)不能持久，當(dāng)能量耗竭，結(jié)局則會類似大前提里討論的那樣，形成0.5T'絕對值為旋轉(zhuǎn)次數(shù)的DNA雙鏈順時針螺旋，并且染色體整體形成0.5T'絕對值為旋轉(zhuǎn)次數(shù)的逆時針螺旋，建立起不同于初始狀態(tài)的全新的熱力學(xué)穩(wěn)態(tài)。 但實際情況并非如此，在apparatus所處區(qū)域完成了復(fù)制/轉(zhuǎn)錄過程后，DNA gyrase則開始介入，同樣是ATP供能，DNA gyrase會在apparatus身后已完成復(fù)制/轉(zhuǎn)錄的區(qū)域以指向觀察者進行逆時針螺旋的方式將解開螺旋的局部區(qū)域重新螺旋，這樣子與apparatus解螺旋同步進行的最終結(jié)果就是染色體整體的T值變?yōu)殚_始時的兩倍即T''=2T'，同時W值也變?yōu)殚_始時的兩倍即W''=2W'，那么會有L''=T''+W''=2T'+2W'=2(T'+W')=2*0=0，即染色體整體最終達穩(wěn)態(tài)，并且從觀察者角度看染色體的狀態(tài)仍是開始的螺旋數(shù)為T'絕對值的DNA雙鏈順時針螺旋，而染色體整體則為旋轉(zhuǎn)數(shù)為W'絕對值的逆時針螺旋，一切和初始狀態(tài)一樣，這里要提到的是DNA gyrase為II類拓撲異構(gòu)酶，ATP功能時每次反應(yīng)會引入兩個逆時針螺旋，即有可能有多余的一個逆時針螺旋存在，此時I類拓撲異構(gòu)酶則會發(fā)揮作用，將多余的一次螺旋給消去。 最后縱觀整個復(fù)制/轉(zhuǎn)錄過程，apparatus在染色體整體中引入順時針螺旋，而DNA gyrase引入逆時針螺旋，兩者都消耗能量，作用結(jié)果互相抵消，但進一步分析可以看到，DNA gyrase在整個過程中只起到重新螺旋解旋DNA雙鏈的作用，即使最后可能多出的一次旋轉(zhuǎn)也被I類拓撲異構(gòu)酶取消，所以總的來說，DNA gyrase是不具有解雙螺旋活性的。 |
3樓2013-02-20 20:29:08
2樓2013-02-20 13:41:10
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