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单分子动力学研究阐释UvrD解旋酶的工作机理

发布时间:2017-12-03 阅读:

  单分子动力学研究说明了UvrD解旋酶的工作机制

  解旋酶是一种常见的运动蛋白,其以单链核酸向核酸链的方向移动,并使用ATP水解提供的能量打开核酸的互补双链以获得单链。螺旋酶在代谢中起重要作用,如DNA复制,修复,重组和转录。然而到目前为止,人们尚未完全了解解旋酶降解机制。单分子操作技术帮助人们在单分子水平上定量揭示解旋酶的解离动力学,是研究解旋酶高端技术的分子机制。大肠杆菌UvrD解旋酶是一种解旋酶,在DNA链上有3“至5”的极性,有4个亚结构域。关于UvrD的每个子域的功能,其解卷机制,尤其是其有效的操作模式一直是辩论的主题(Cell,127(2006)1349; Nat.Rev.Mol.Cell Biol.9(2008) )391)。近日,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理实验室李明团队和法国国家科学中心修绪光研究小组,利用单分子磁性镊子和UvrD螺旋酶的发卡结构DNA进行了放卷机制深入研究。在蛋白质浓度较低的情况下,他们观察到一系列单DNA退绕过程,发现两个相邻退绕过程之间的时间间隔由两个连接的泊松过程控制,为UvrD食蟹猴的工作模型提供了实验依据。他们还特别研究了外部拉力对UvrD分离效率的影响,发现作用于DNA的两个单链末端的拉力反过来又抑制了解旋酶的作用。与先前报道的T4解旋酶(PNAS,104(2007)19790)和T7解旋酶(Cell,129(2007)1299)形成鲜明对比,表明UvrD是具有特定作用机制的马达蛋白。结构,UvrD解旋酶的生化实验数据和上述实验结果,提出了蠕虫菌株的协同工作模型,认为UvrD单体的2B亚域阻止双链DNA解旋,意味着它具有“自锁“效应,第二个UvrD需要绑定形成二聚体,接着是一个UvrD 2B子域,与UvrD的前一个2B子域紧密结合,释放自锁并允许先前的UvrD完成解旋g功能。这个过程产生的单链DNA在二聚体周围穿过约50度,使单链收缩大约0.5-1.0nm。从机械的角度来看,这种退绕过程需要克服外力的作用,导致随着外力的增加退绕速度的降低。这个二聚体模型也证实了他们观察到的解旋动力学的细节。例如,他们假设二聚体在解旋过程中分解并导致解旋停顿,并且UvrD以两种不同的速度分别在DNA单链的相反方向上传播,分别表示UvrD单体和子叶的速度。这些推论已经被实验证实。这项工作的结果发表于2008年12月的“EMBO杂志”27(2008)3279. 这项工作由一个主要的蛋白质研究计划和基金委员会资助。

关键词: 社会科学