說起拓?fù)洚悩?gòu)酶，這是一種比較陌生的物質(zhì)，其實這種物質(zhì)對于我們的身體有著非常重要的作用。那么你知道拓?fù)洚悩?gòu)酶有哪些類型呢，拓?fù)洚悩?gòu)酶的化學(xué)反應(yīng)是什么呢，它的作用又是什么呢?下面我們就一起來了解一下。
DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶是存在于細(xì)胞核內(nèi)的一類酶，他們能夠催化DNA鏈的斷裂和結(jié)合，從而控制DNA的拓?fù)錉顟B(tài)，拓?fù)洚悩?gòu)酶參與了超螺旋結(jié)構(gòu)模板的調(diào)節(jié)。主要存在兩種哺乳動物拓?fù)洚悩?gòu)酶。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶I通過形成短暫的單鏈裂解-結(jié)合循環(huán)，催化DNA復(fù)制的拓?fù)洚悩?gòu)狀態(tài)的變化;相反，拓?fù)洚悩?gòu)酶II通過引起瞬間雙鏈酶橋的斷裂，然后打通和再封閉，以改變DNA的拓?fù)錉顟B(tài)。
哺乳動物拓?fù)洚悩?gòu)酶II又可以分為αII型和βII型。拓?fù)洚悩?gòu)酶毒素類藥物的抗腫瘤活性與其對酶-DNA可分裂復(fù)合物的穩(wěn)定性相關(guān)。這類藥物通過穩(wěn)定酶-DNA可分裂復(fù)合物，有效地將酶轉(zhuǎn)換成纖維毒素。
分類
可分為兩類，一類叫拓?fù)洚悩?gòu)酶I，一類叫拓?fù)洚悩?gòu)酶II。拓?fù)洚悩?gòu)酶I催化DNA鏈的斷裂和重新連接，每次只作用于一條鏈，即催化瞬時的單鏈的斷裂和連接，它們不需要能量輔因子如ATP或NAD。E.coliDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶I又稱ω蛋白，大白鼠肝DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶I又稱切刻-封閉酶(nicking-closing enzyme)。拓?fù)洚悩?gòu)酶II能同時斷裂并連接雙股DNA鏈.它們通常需要能量輔因子ATP。
在拓?fù)洚悩?gòu)酶II中又可以分為兩個亞類，一個亞類是DNA旋轉(zhuǎn)酶(DNA gyrase)，其主要功能為引入負(fù)超螺旋，在DNA復(fù)制中起十分重要的作用。迄今為止，只有在原核生物中才發(fā)現(xiàn)DNA旋轉(zhuǎn)酶.另一個亞類是轉(zhuǎn)變超螺旋DNA(包括正超螺旋和負(fù)超螺旋)成為沒有超螺旋的松弛形式(relaxed form)。這一反應(yīng)雖然是熱力學(xué)上有利的方向，但不知道為什么它們?nèi)匀幌馜NA旋轉(zhuǎn)酶一樣需要ATP，這可能與恢復(fù)酶的構(gòu)象有關(guān)。這一類酶在原核生物和真核生物中都有發(fā)現(xiàn)。
第一類
DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶能催化的反應(yīng)很多，DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶I對單鏈DNA的親和力要比雙鏈高得多，這正是它識別負(fù)超螺旋DNA的分子基礎(chǔ)，因為負(fù)超螺旋DNA常常會有一定程度的單鏈區(qū)。負(fù)超螺旋越高，DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶I作用越快?，F(xiàn)已知道，生物體內(nèi)負(fù)超螺旋穩(wěn)定在5%左右，低了不行，高了也不行。
生物體通過拓?fù)洚悩?gòu)酶1和II的相反作用而使負(fù)超螺旋達到一個穩(wěn)定狀態(tài)?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，編碼E.coli拓?fù)洚悩?gòu)酶I的基因topA發(fā)生突變，則會引起旋轉(zhuǎn)酶基因的代償性突變;否則，負(fù)超螺旋增高，細(xì)胞生活能力降低。拓?fù)洚悩?gòu)酶I作用的堿基序列特異性不高，但切點一定在C的下游方向4個堿基(包括C本身)的位置。在將DNA單鏈切斷后，拓?fù)洚悩?gòu)酶I連接于切口的5端，并貯藏了水解磷酸二脂鍵的能量用以連接切口，因而拓?fù)洚悩?gòu)酶I的作用不需能量供應(yīng)。
此外.拓?fù)洚悩?gòu)酶I還能促進兩個單鏈環(huán)的復(fù)性，其作用是解除復(fù)性過程所產(chǎn)生的鏈環(huán)數(shù)的負(fù)值壓力，以使復(fù)性過程進行到底。如果在一個單鏈環(huán)上一個部位切斷，而使另一部位繞過切口.則可產(chǎn)生三葉結(jié)結(jié)構(gòu)分子。如果有兩個雙鏈環(huán)，其中一個有一個切刻，拓?fù)洚悩?gòu)酶1則可以將切刻對面的一條鏈切斷，伎完整的雙鏈環(huán)套進去，再連接起來而成為環(huán)連體分子。
第二類
大腸桿菌的拓?fù)洚悩?gòu)酶II(gyrase)除了引入負(fù)超螺旋以外.還具有形成或拆開雙鏈DNA環(huán)連體和成結(jié)分子的能力。II類拓?fù)洚悩?gòu)酶沒有堿基序列特異性，它們可以和任何相交的兩對雙鏈DNA結(jié)合。DNA旋轉(zhuǎn)酶有兩個α亞基和兩個β亞基。α亞基約105KDa，為gyrA基因所編碼，具有磷酸二脂酶活性，可為萘啶酮酸(nalidixic acid)所抑制。A亞基約95KD，為graB基因所編碼，具有ATP酶活性，可為新生霉素所抑制。
這兩種藥物均可抑制野生型大腸桿菌的DNA復(fù)制。可見DNA旋轉(zhuǎn)酶為E.coli的復(fù)制所不可缺少的。在切斷一條DNA雙鏈后，兩個a亞基各結(jié)合于切口的一個5'端，并貯藏了水解磷酸二酯鍵而獲得的能量，由于該酶的整體性，因而DNA鏈的四個斷頭并無任意旋轉(zhuǎn)的可能性。由于酶的別構(gòu)效應(yīng)，使完整的雙鏈穿過切口，然后再重新形成磷酸二酯鍵。
β亞基的功能在于水解ATP以使酶分子恢復(fù)原來的構(gòu)象，以便進行下一輪反應(yīng)。這一點可以用ATP的同系物β,γ-亞氨基ATP代替ATP而得到證實。因為這一同系物不能被DNA旋轉(zhuǎn)酶所水解，但它確能促進第一輪拓?fù)洚悩?gòu)反應(yīng)，使負(fù)超螺旋增加，而妨礙以后進一步的拓?fù)洚悩?gòu)反應(yīng)。
化學(xué)反應(yīng)
DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶催化反應(yīng)
其反應(yīng)本質(zhì)是先切斷DNA的磷酸二脂鍵，改變DNA的鏈環(huán)數(shù)之后再連接之，兼具DNA內(nèi)切酶和DNA連接酶的功能.然而它們并不能連接事先已經(jīng)存在的斷裂DNA，也就是說，其斷裂反應(yīng)與連接反應(yīng)是相互耦聯(lián)的。
