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      科學(xué)家提出了分裂和復(fù)制DNA的pumpjack機(jī)制
      
			
      
				2019-01-30 09:53:46
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      在細(xì)胞核內(nèi)復(fù)制DNA的蛋白質(zhì)的新特寫圖像引領(lǐng)了美國能源部布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室，石溪大學(xué)，洛克菲勒大學(xué)和德克薩斯大學(xué)的一組科學(xué)家提出了全新的建議。這種分子機(jī)制的工作原理?？茖W(xué)家研究了酵母細(xì)胞中的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)與人類等復(fù)雜生物體的細(xì)胞具有許多共同特征，可以為DNA復(fù)制的錯(cuò)誤提供新的見解。
      

      科學(xué)家提出了分裂和復(fù)制DNA的pumpjack機(jī)制
      

      “DNA復(fù)制是可能導(dǎo)致癌癥的主要錯(cuò)誤來源，”李慧琳解釋說，他是布魯克海文實(shí)驗(yàn)室和石溪大學(xué)聯(lián)合任命的生物學(xué)家，也是一篇描述自然結(jié)構(gòu)和分子生物學(xué)新結(jié)果的論文的主要作者。。“整個(gè)基因組 - 所有46條染色體 - 在分裂人體細(xì)胞時(shí)每隔幾個(gè)小時(shí)就被復(fù)制一次，”李說，“所以研究這個(gè)過程如何運(yùn)作的細(xì)節(jié)可以幫助我們理解錯(cuò)誤是如何發(fā)生的。”
      

      這項(xiàng)研究建立在李和其他人之前的工作基礎(chǔ)之上，包括去年與同一團(tuán)隊(duì)的合作，該團(tuán)隊(duì)制作了第一個(gè)完整的DNA復(fù)制蛋白復(fù)合物圖像，稱為replisome。該研究揭示了DNA復(fù)制酶-DNA聚合酶的位置令人驚訝。這項(xiàng)新研究放大了蛋白質(zhì)復(fù)合物“解旋酶”部分的原子級(jí)細(xì)節(jié) - 環(huán)繞和分裂DNA雙螺旋的部分，因此聚合酶可以通過復(fù)制兩條分離的親本鏈來合成兩條子鏈。 “扭曲的階梯。”
      

      科學(xué)家使用一種稱為低溫電子顯微鏡(cryo-EM)的技術(shù)制作了解旋酶的高分辨率圖像。該方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以在溶液中研究蛋白質(zhì)，這是它們?cè)诩?xì)胞中的存在方式。“你不必生產(chǎn)能夠?qū)⒌鞍踪|(zhì)鎖定在一個(gè)位置的晶體，”李說。這很重要，因?yàn)榻庑甘怯?1種連接蛋白質(zhì)組成的分子“機(jī)器”，必須具有靈活性。“你必須能夠看到分子是如何運(yùn)動(dòng)來理解它的功能的，”李說。
      

      使用計(jì)算機(jī)軟件來分類圖像顯示解旋酶具有兩種不同的構(gòu)象 - 一種具有以緊湊方式堆疊的組分，一種結(jié)構(gòu)的一部分相對(duì)于更“固定”的基底傾斜。
      

      原子級(jí)視圖允許科學(xué)家繪制構(gòu)成每個(gè)構(gòu)象中解旋酶復(fù)合物的單個(gè)氨基酸的位置。然后，將這些地圖與現(xiàn)有的生化知識(shí)相結(jié)合，他們提出了解旋酶如何工作的機(jī)制。
      

      “一部分能夠從一種叫做ATP的分子中結(jié)合并釋放能量。它將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為一種改變解旋酶形狀的機(jī)械力，”李說。在踢出用過的ATP之后，解旋酶復(fù)合物恢復(fù)到原來的形狀，因此可以進(jìn)入新的ATP分子并再次開始該過程。
      

      “它看起來和操作類似于舊式的pumpjack石油鉆井平臺(tái)，其中一部分蛋白質(zhì)復(fù)合物形成一個(gè)穩(wěn)定的平臺(tái)，另一部分來回?cái)[動(dòng)，”李說。他建議，每次搖擺運(yùn)動(dòng)都可以將DNA鏈分開并沿著雙螺旋線以直線方式移動(dòng)解旋酶。
      

      Li說，這種線性易位機(jī)制似乎與螺旋酶被認(rèn)為在更原始的生物體如細(xì)菌中運(yùn)作的方式有很大不同，在細(xì)菌中，整個(gè)復(fù)合物被認(rèn)為圍繞DNA旋轉(zhuǎn)。但是有一些生化證據(jù)支持線性運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)，包括即使當(dāng)一些但不是全部的組分的ATP水解活性被突變敲除時(shí)，解旋酶仍然可以起作用。“我們承認(rèn)這一提議可能存在爭議，目前尚未得到證實(shí)，但結(jié)構(gòu)表明這種蛋白質(zhì)復(fù)合物是如何起作用的，我們正試圖弄清楚它，”他說。
      
			

			
        
      
			
      
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