发信人: space (排骨教主), 信区: Biology
标 题: 今天上午作了presentaion的预讲
发信站: The unknown SPACE (Tue Feb 22 23:07:02 2000), 站内信件

老板把关,结果超时, 而且不够清楚. 本周末再次预讲, 之后就是真正去APS 2000年会
讲了. 我重新整理了一下, 这里用中文说说, 看看大家有什么建议.THX...

Type II Topoisomerases 能够改变环状DNA的拓扑结构. 它可以附着在DNA上, 在附着
点把DNA的双链切开一个口, 使的这个DNA分子的其它部分能够穿越这个口子. 然后
TOPO II就把这个口子修复. 这就是所谓TOPO II的gate模型. 虽然反应过程中切口和修复
都不需要ATP释放的能量, 但是ATP被发现参与了整个反应过程.一般认为ATP的能量用来使
TOPO II复位.

最简单的也是一向被广泛接受了反应模型模型是"自由穿越模型:

K1----->U1 with transition rate R(K->U)
K1<----U1 with transition rate R(U->K)

其中K1代表一个knot DNA分子,有一个TOPO II附着在上面; U1代表一个Unknot DNA
分子,有一个TOPO II附着在上面. 用C(K),C(U)分别表示Knotted/Unknot DNA分子的
平衡态浓度,则它们的分数(Fraction)是:

F_eq=C(K)/C(U)=R(U->K)/R(K->U)

这个分数可以根据平衡态热力学理论得出. 对10 KB P4DNA来说, F_eq=0.03; 对
7KB PAB4 DNA, F_eq=0.017(依赖于实验的盐浓度和分子长度). 实验缮弦餐ü
使用能够倒是自由模型的酶催化反应,得出了同样的结果.

1997, Rybenkov et al 重新考察了这样一个问题---究竟Type II催化下的反应, 是不是
真的对应自由模型? 他们的结果是否定的, 实验测出的fraction F_exp大概比F_eq低了
两个两个数量级.

这个结果震动很大.因为这意味着TOPO II不仅仅是在DNA上开了一个口, 而且它还干扰
了反应的方向,使得最终的拓扑分布远离平衡态. 在热力学上这意味着TOPO II以某种
方式使用了能量来影响了这个反应. 并不是很容易有一个图象来解释这个结果, 因为
TOPO只有5nm的尺寸, 而DNA分子的尺寸比它大了好几个数量级. 拓扑结构是整体结构,
难以想象这个小小的酶居然可以了解分子的整体性质然后决定怎么作功来达到自己的
目的. 很显然TOPO II只能知道local的信息. 这个dillema以及这个反应在生物学上
的重要性导致了大家研究的兴趣. 我们提了一个"two collision model"来解释这个
结果. 在这个model中,反应过程是:

k a k' u
K1<-->K2----->K1*<---->K2*-------->U1
^ k_ | k'_
| q |
--------------

v a v' u
U1<-->U2----->U1*<---->U2*-------->K1
^ v_ | v'_
| q |
--------------


以上K1代表一个被TOPO II附着的Knotted DNA; K2表示DNA分子的其它部分因为热运动
到了附着点附近被TOPO捕获(这时候就有两个DNA的点和TOPO II在一起,所以用了下标2).
这第一次碰撞并不导致输运发生---这个碰撞只是激发TOPO II到了一个激发态,然后
释放这个被捕获的DNA segment. 这时候的DNA用K1*表示-----1表示TOPO II附着在DNA
上面某一点, *表示这个TOPO II是处于激发态. 从非激发态到激发态的反应是单向的,
反应率是a. K1和K2之间的反应是双向的, 完全由热运动决定. 前向反应率是k, 后向
是k_; 在激发态的TOPO II还可以有一个Decay. Decay的率是q. Decay之后就变成非激发
的K1了; 由于热运动, 激发态的TOPO II可以捕获另外一个DNA segment, 形成K2*.
K2*和K2的差别仅仅在于K2*上的TOPO II是激发态的, 它可以切口并且输运这个被捕获
的DNA segment, 然后这个DNA分子变成了一个Unknotted DNA U1. K2*->U1是单向的反应,
反应率是u. 我们的模型中,两个单向反应都和ATP的反应耦合在一起---是ATP作功导致
这种单向反应的实现. 这个是生化反应中的"proo-reading mechanism"的典型特征.
另外一个示意图是从Unknot反应到Knot.其中各个步骤都可以对照Knot到Unknot的反应
步骤来理解.

现在要对上面的各个反应率作个估计:

k_,v_,k'_,v'_都是碰撞后的释放率, 可以看成相等; k'和v'是第二次碰撞的反应率.
由于第一次碰撞导致TOPO II构型变化, 所以第二次碰撞需要等待TOPO II的复位, 可以
期望k',v'相比k,v是小量; 有实验证明, ATP耦合的反应在上面的步骤中是个time-limit
step. 所以a,u是小量.

最后,我们根据这个模型可以计算出fraction是:

F_predicted=(v/k)*(v'/k')

其中v'很显然是那种从Unknot到Knot的碰撞率, 所以v'=R(U->K), 同理k'=R(K->U),
于是:

F_predicted=(v/k)*F_eq

很显然v是Unknot DNA的自碰撞率, k是Knot的自碰撞率. 由于Knot构型导致分子的运动
限制更大,可以判定k>v. 具体的比例我在用Brownian Dynamical Simulation进行数值
摹拟. 对1.5kb的小分子,(v/k)=1/50. 倘若这个比值对分子长度的依赖不明显, 则
用它计算出来的F_prdiction就非常精确的符合了实验结果. 对长分子的摹拟需要
很长的计算时间, 大概在几个月内我就可以获得6kb分子的摹拟结果.

finished:PP


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※ 修改:．space 于 Feb 23 00:09:58 修改本文．[FROM: 131.193.173.223]
※ 来源:．The unknown SPACE bbs.mit.edu．[FROM: 131.193.173.223]