Science：DNA上的“太空漫步”

　　科學家們對細菌的一種限制性內切酶進行研究，揭示了解旋酶沿DNA做長距離移動的機制，展示了這種酶對ATP能源的高效利用，相關論文刊登在了近期出版的《科學》(Science)雜志上。

　　解旋酶helicase是一類分布廣泛的三磷酸腺苷酶(ATPase)，在基因組中具有重要的功能。人類中的一些癌癥就與細胞的解旋酶有關。德國 Bristol大學和Dresden工業大學的研究人員發現，解旋酶能夠將化學能和機械能巧妙的結合起來加以利用。這項研究深入解析了解旋酶的詳細作用機制，將有助于加深人們對解旋酶作用的了解，幫助研究者們開發新的相關技術和治療方法。

　　DNA解旋酶沿著DNA移動，并同時解開雙螺旋，露出單鏈DNA以便進行修復或復制。此前人們普遍認為，這一過程伴隨著化學能源ATP的消耗，并因此將解旋酶視為一種分子馬達。

　　在這項新研究中，Ralf Seidel及其團隊通過單分子熒光顯微鏡，觀察了EcoP15I限制性內切酶在病毒(噬菌體)DNA上的移動。他們對解旋酶進行了熒光標記，在伸展一個 DNA分子的同時，對單個解旋酶的移動進行觀察。此外，研究人員還通過高分辨率的熒光光譜法，分析了上述過程中蛋白構造的動態變化，以及ATP消耗的動力學情況。

　　令人驚訝的是，這種解旋酶只在反應初期消耗ATP。研究顯示，解旋酶在與目標位點結合時，水解ATP進行構象改變。此后解旋酶在 DNA上的長距離移動，僅由熱運動(thermal motion)驅使，這種熱運動是指與周圍水分子的碰撞。這樣的機制形成了典型的“隨機行走”(random walk)模式，即蛋白向前和向后移動的幾率相同。

　　“我們的研究指出，解旋酶使用ATP能源進行構象改變，而不是用來解旋DNA。解旋酶在 DNA上的長程移動，并不需要使用ATP能源。這種隨機移動發生得很快，比許多ATP驅動馬達更有效率。我們認為，解旋酶經由這一高效節能的途徑沿著 DNA移動，這一機制可能也參與了DNA修復等其它過程。”文章的資深作者之一，生化教授Mark Szczelkun說。