最近,，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室李明研究組與法國(guó)國(guó)家科學(xué)中心奚緒光研究組合作，利用單分子磁鑷裝置以及帶有發(fā)卡結(jié)構(gòu)的DNA對(duì)UvrD解旋酶的解旋機(jī)制進(jìn)行了深入研究。該項(xiàng)工作的結(jié)果發(fā)表在2008年12月份的EMBOJournal,27(2008)3279上,。
解旋酶是一種常見的馬達(dá)蛋白,，它以核酸單鏈為軌道沿著核酸鏈定向移動(dòng)，并利用ATP水解提供的能量打開互補(bǔ)的核酸雙鏈, 獲得單鏈,。解旋酶在DNA的復(fù)制,、修復(fù)、重組以及轉(zhuǎn)錄等代謝過程都起著重要作用,。但是人們迄今還沒有完全理解解旋酶的解旋機(jī)制,。單分子操縱技術(shù)幫助人們?cè)趩畏肿铀蕉垦芯拷庑傅慕庑齽?dòng)力學(xué)，是研究解旋酶分子機(jī)制的高端技術(shù),。大腸桿菌UvrD解旋酶是具有在DNA單鏈上由3′至 5′方向行走極性的解旋酶,，有4個(gè)子功能域。關(guān)于UvrD各個(gè)子功能域的功能,、它的解旋機(jī)制,、特別是其有效的工作模式一直是爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。
在低蛋白質(zhì)濃度下,，他們觀察到了一系列單次DNA解旋過程,，發(fā)現(xiàn)相鄰兩次解旋過程的時(shí)間間隔由兩個(gè)相連的泊松過程控制，給出了UvrD雙體工作模型的實(shí)驗(yàn)證據(jù),。特別是,，他們還研究了外界拉力對(duì)UvrD解旋效率的影響，發(fā)現(xiàn)作用于DNA分開的兩個(gè)單鏈端點(diǎn),、且使DNA失穩(wěn)的拉力反而抑制該解旋酶的工作,。這與以前報(bào)道過的T4解旋酶[PNAS,104 (2007) 19790]和T7解旋酶[Cell,129 (2007) 1299]有明顯區(qū)別，說明UvrD是一個(gè)有特殊作用機(jī)制的馬達(dá)蛋白,。結(jié)合已經(jīng)報(bào)道的UvrD解旋酶的晶體結(jié)構(gòu),、生化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,，他們提出了一種應(yīng)變?nèi)湎x二聚體協(xié)同工作模型。他們認(rèn)為UvrD單體的2B子功能域與雙鏈DNA結(jié)合后阻止其解旋,，也就是說有“自鎖”效應(yīng),。需要另一個(gè)UvrD與之結(jié)合，形成二聚體,，后面一個(gè)UvrD的2B子功能域與前面一個(gè)UvrD的2B子功能域緊密結(jié)合,，解除自鎖，允許前一個(gè)UvrD完成解旋功能,。此過程導(dǎo)致穿過該二聚體的DNA單鏈形成50度左右的彎折,，將單鏈?zhǔn)湛s約0.5-1.0 nm。從力學(xué)角度看,，此解旋過程需要克服外力做功,，從而導(dǎo)致解旋速度隨外力的增加而降低。這種二聚體模型也與他們觀察到的解旋動(dòng)力學(xué)細(xì)節(jié)相互印證,。例如,，他們推斷，二聚體在解旋過程中解體時(shí)會(huì)導(dǎo)致解旋暫停,，且UvrD沿DNA單鏈反向行走會(huì)有兩種不同的速度,，分別代表UvrD單體和雙體的行走速度。這些推論都被實(shí)驗(yàn)證實(shí),。此項(xiàng)工作得到了蛋白質(zhì)重大研究計(jì)劃和基金委的資助,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原始出處：
The EMBO Journal 27, 3279 - 3287 (17 Dec 2008), doi: 10.1038/emboj.2008.240, Article
Impediment of E. coli UvrD by DNA-destabilizing force reveals a strained-inchworm mechanism of DNA unwinding
Bo Sun, Kong-Ji Wei, Bo Zhang, Xing-Hua Zhang, Shuo-Xing Dou, Ming Li, Xu Guang Xi
