dna解旋酶作用于哪里?
1953年,华裔科学家王宏智首次从大肠杆菌中分离得到DNA解旋酶(DNAhelicase)并做了初步的研究,但是当时并未引起学术界的重视[1]。直到1964年在分子生物学领域有了重要的突破以后,人们才开始对细胞内各种蛋白因子在 DNA 复制、修复及重组过程中的作用展开了广泛研究。20世纪80年代以后,随着生物化学与分子生物学技术的迅速发展,许多新的技术和方法被用于研究DNA解旋酶的结构功能关系,促进了该领域研究的深入进行。目前,对于DNA解旋酶结构与功能和其复合体的组成仍有许多有待解决的科学问题存在。为了更好了解DNA解旋酶的生物学过程和作用机制,下面将分别对它的结构和功能以及复合体组成进行简述。
1.1 结构
根据不同物种细胞内的基因编码分析结果表明,真核生物细胞内线粒体和叶绿体内存在两种形式的DNA解旋酶,它们由不同数目和类型的亚基组成。目前已知的人类DNA解旋酶(hDNAhelicase)是由两个大小相同的亚基组成的二聚体,每个亚基含有7个跨膜螺旋区(span)和一个连接蛋白部分,两个亚基之间通过一个短的疏水区相连。在细菌等原核生物细胞内发现的DNA解旋酶(pDNA helicase)则普遍由1个较大亚基和1个较小亚基组成三聚体。
尽管不同物种的DNA解旋酶属于同一类蛋白,具有相似的三级结构,但其二级结构却各不相同。这主要是因为它们所含有的折叠区不同所致。根据所含有的折叠区位置的不同,已知的DNA解旋酶可分为5个不同的家族,其中C端含有一个螺旋-环-螺旋结构(HHR)家族的解旋酶能够解离超螺旋DNA,而N端含有一个螺旋-环-螺旋结构的解旋酶能够解离双链DNA分子的碱基对。
1.2 功能 尽管目前对于DNA解旋酶的详细作用机理尚不完全清楚,但一般认为其在DNA复制、修复及重组过程中起到重要的作用。
在 DNA 复制之初,解旋酶首先识别并水解除掉双链 DNA 中的每一条单链,使复制可以展开。当 DNA 受到损伤时,解旋酶能够通过解离双链 DNA 上的碱基对,为 DNA 损伤修复提供所需原料;而在 DNA 发生重组时,解旋酶也能够水解除去双链 DNA 上的碱基对,从而使染色体正确分离。
除了参与 DNA 复制、修复和重组过程外,有证据表明 DNA 解旋酶还参与 RNA 的转录过程。RNA 聚合酶II 在转录起始位点结合后需要 DNA 解旋酶来水解除去双链 DNA 上的碱基数目以启动转录过程。双链 DNA 上的碱基对也参与调控基因的表达谱。可以说 DNA 解旋酶对于基因的表达和调控起着至关重要的作用。