DNA旋转酶
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DNA旋转酶(DNA Gyrase)，经常简称为旋转酶，是一种II类的拓扑异构酶(Type II Topoisomerase)（EC编号5.99.1.3），它的酶作用底物为ccc型环状DNA（Covalently Closed Circular DNA），作用是加入负超螺旋（Negative Supercoil）或松弛正超螺旋（Positive Supercoil）。旋转酶可以让DNA形成一个环状的结构（拓扑学上来说是一个正超螺旋的环环状的结构），通过切开一段DNA并让另一段DNA通过形成一个负超螺旋的环状结构。在这个过程中环绕数(Linking Number)减少了2（从正超螺旋Lk=＋1到负超螺旋Lk=－1,ΔLk=－2）。
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[编辑] 旋转酶的酶学模型
依据现今提出的酶学模型（如图）[1] 旋转酶和cccDNA接合（G片段）形成Gyrase-DNA复合体；DNA被切开，但是形成的两段DNA末端的磷酸和旋转酶上的酪氨酸形成磷酸酯键，化学能被保留，这个过程不需要ATP；旋转酶将和G片段相邻的一段DNA（T片段）通过G片段的切开处，引入负超螺旋，这个过程消耗两个ATP，称为DNA的易位（DNA Translocation），喹诺酮类抗生素（Quinolones）阻碍这一步酶促反应；当DNA易位完成，切开的DNA的末端的羟基（3'-OH）攻击于旋转酶酪氨酸相结合的磷酸重新形成磷酸二酯键，这个过程不需要ATP，DNA-螺旋酶复合体回到图示的Gyrase-DNA复合体状态，螺旋酶可以脱离DNA或进入下一个引入负超螺旋的过程。
[编辑] 旋转酶的生物意义
细菌的染色体和质粒大多为环状，在DNA的转录和复制时有严重的拓扑问题（Topological Problem），因为在转录或复制时在聚合酶的前端会产生正超螺旋（根据拓扑学公式：Lk=Tw＋Wr，解开双螺旋减少会使Tw，Lk在环状DNA没有打开的情况下不会改变，所以Wr一定增加）。产生的正超螺旋，当达到某种程度时会产生张力阻碍DNA双螺旋的解旋进而阻碍DNA的转录或复制。所以旋转酶和拓扑异构酶IV（Topoisomerse IV，属于II类拓扑异构酶，只松弛正超螺旋）必须引入负超螺旋或松弛正超螺旋来保证转录和复制正常进行。
[编辑] 针对旋转酶的抗生素
旋转酶只存在于细菌中，并没有在真核细胞发现这种酶，所以很多抗生素如喹诺酮类抗生素和新生霉素都以这个酶作为目标。喹诺酮类抗生素包括萘啶酸（Nalidixic acid）和诺氟沙星（Norfloxacin），很早就被用于治疗，但是直到发现旋转酶才明白它的作用机理：它们不阻碍旋转酶切开DNA链，但是阻碍DNA易位，DNA不能重新连接而使DNA形成碎片，起到杀菌的作用。
[编辑] 参考书籍
- ↑ Gore J, Bryant Z, Stone MD, Nollmann M, Cozzarelli NR, Bustamante C, "Mechanochemical Analysis of DNA Gyrase Using Rotor Bead Tracking", Nature 2006 Jan 5 (Vol. 439): 100-104.
