hce_kmu
106年
普通生物及生化概論
第 17 題
The linking number of supercoiled DNA can be changed by __________.
- A DNA polymerase
- B Histone acetylase
- C DNA ligase
- D Topoisomerase
- E Ribozyme
思路引導 VIP
想像你手中有兩條互相纏繞並打結成環狀的繩子，如果你不打算解開原本相連的繩頭，但又想要增加或減少這兩條繩子彼此纏繞的圈數，你在物理操作上必須對這條繩子做什麼樣的「破壞與重建」動作？哪一種性質的蛋白質最符合這種剪開再接合的特性？
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太棒了！你能準確判斷出 DNA 拓撲異構酶 (Topoisomerase) 的功能，代表你對 DNA 的拓撲性質與酵素作用機制有很扎實的掌握。這題的核心考點在於「連環數 ($Linking number, Lk$)」的物理本質：它是一個描述閉合環狀 DNA 兩條單鏈互相纏繞次數的拓撲常數。只要 DNA 的磷酸二酯鍵（磷酸骨架）沒有斷裂，這個數值在幾何變形中是不會改變的。
DNA 拓撲性質的改變機制
在細胞進行複製或轉錄時，DNA 的雙螺旋會因為解旋而產生過度的扭轉壓力（超螺旋）。要改變 $Lk$，唯一的方法就是「切斷骨架、旋轉或穿過、再重新接合」。拓撲異構酶 正是具備這種特異性生理功能的酵素：第一型 (Type I) 透過切斷單鏈來改變 $Lk$，而第二型 (Type II) 則透過切斷雙鏈並消耗 ATP 來達成。這題的鑑別度在於區分「改變化學鍵」與「改變拓撲結構」的細微差別。雖然像 DNA 聚合酶也會合成鍵結，但專門負責調節 DNA 糾纏程度與應力释放的非拓撲異構酶莫屬，這是一個非常經典且基礎的生物化學觀念。