Topoisomeraza, kaj so, značilnosti, funkcije, vrste

The Topoisomeraza Gre za vrsto izomeraftnih encimov, ki spreminjajo topologijo deoksiribonukleinske kisline (DNK), ki ustvarjajo tako odvijanje kot tudi njeno zavijanje in prekrivanje.

Ti encimi imajo specifično vlogo pri lajšanju torzijske napetosti v DNK, tako da se lahko pojavijo tako pomembni procesi, transkripcija DNK v glasniku ribonukleinske kisline (Rnam) in rekombinaciji DNK.

Topoisomerase II, Wikimedia Commons

Encimi topoizomeraze so prisotni tako v evkariontskih celicah kot v prokariontskih celicah. Njegov obstoj sta napovedala znanstvenika Watson in Crick, ko sta ocenila omejitve, ki jih je predstavila struktura DNK, da bi omogočila dostop do njihovih informacij (shranjena v njenem nukleotidnem zaporedju).

Če želite razumeti funkcije topoizomeraze, je treba upoštevati, da ima DNK stabilno dvojno strukturo propelerja, z njenimi verigami pa se valjajo ena na drugem.

Te linearne verige sestavljajo 2-diahexiribosas, ki jih povezuje 5'-3 'fosfodi.

Topološka študija molekul DNK je pokazala, da lahko prevzamejo več skladb, odvisnih od njihove torzijske napetosti: od sproščenega stanja do različnih stanj vpisa, ki omogočajo njihovo stiskanje.

Molekule DNK z različnimi konformacijami se imenujejo topoizomeri. Tako lahko sklepamo, da lahko topoizomeraze I in II, povečajo ali zmanjšajo napetost torzije molekul DNK in tvorijo različne topoizomere.

Med možnimi topoizomeri DNK je najpogostejša konformacija Superstrane, ki je zelo kompaktna. Vendar pa mora topoizomeraze tudi med več molekularnimi procesi tudi neobljubiti tudi DNK dvojni propeler.

Značilnosti

Mehanizem splošnega delovanja

Nekatere topoizomeraze lahko sprostijo samo negativno prepisovanje DNK ali oba superstana DNK: pozitivna in negativna.

Če se krožna dinamična DNK odvije na svoji vzdolžni osi in vrnitvi Levogira (v smeri igle ure), se reče, da se negativno prekriva. Če je vrnitev dextrogyral (v nasprotju z iglami ure), je pozitivno preobremenjen.

DNK krožni krožni zvočnik negativno, sproščen in pozitivno preobremenjen. Vir: fdradel [cc by-sa 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/4.0)], iz Wikimedia Commons

V bistvu lahko topoizomeraze:

-Olajšanje prehoda DNK pramena skozi rez v nasprotnem nizu (topoisomeraza tipa I).

-Olajšanje prehoda celotnega dvojnega propelerja skozi razkol sam ali skozi razkol v drugem dvojnem propelerju (topoisomeraza tipa II).

Če povzamemo, topoizomeraza deluje s cepljenjem fosfodiésterskih povezav v enem ali dveh pramenih, ki sestavljata DNK. Nato spremenijo valjasto stanje pramenov dvojnega propelerja (molemomeraza topoizomeraza) ali dveh dvojnih propelerjev (molemomeraza II), da se končno ponovno zavežejo ali vežejo razcepljene konce.

Topoisomeraza in celični cikel

Čeprav je topoizomeraza I encim, ki ima največjo aktivnost med fazo S (sinteza DNK), ne velja, da je odvisen od faze celičnega cikla.

Vam lahko služi: lipidi, ki jih je mogoče saponificirati: značilnosti, struktura, funkcije, primeri

Medtem ko je aktivnost topoizomeraze II bolj aktivna med logaritmično fazo rasti celic in hitrimi rastnimi celicami.

Funkcije

Sprememba genov, ki kodirajo. Med postopki, v katerih sodelujejo topoizomeraza, so:

Kompaktno shranjevanje genetskega materiala

Topoizomeraze olajšajo shranjevanje genetskih informacij kompaktno, ker ustvarjajo valjanje in prekrivanje DNK, kar omogoča, da je velika količina informacij v razmeroma majhni glasnosti.

Dostop do genetskih informacij

Če ni topoizomeraze in njihove edinstvene značilnosti, bi bil dostop do informacij, shranjenih v DNK, nemogoč. To je posledica dejstva, da topoizomeraza občasno sprošča napetost zaradi torzije, ki nastane v dvojnem DNK propelerju, med odvijanjem, v postopkih podvajanja, transkripcije in rekombinacije.

Če se napetost zaradi torzije, ki nastane med temi procesi, ne sprosti, lahko pride do okvarjene ekspresije gena, ki prekine krožno DNK ali kromosom.

Regulacija genske ekspresije

Konformacijske spremembe (v tridimenzionalni strukturi) molekule DNK izpostavljajo specifična območja, ki lahko delujejo z beljakovinami DNA. Ti proteini imajo regulativno funkcijo genetske ekspresije (pozitivno ali negativno).

Regulacijski protein genetske ekspresije. Wikimedia Commons

Tako DNK kotalno stanje, ki ga ustvarja delovanje topoizomeraz, vpliva na regulacijo genetske ekspresije.

Posebnosti topoizomeraze II

Topoizomeraza II je potrebna za sestavljanje kromatidov, kondenzacije in kromosomov ter segregacije hčere DNK med miitozo.

Ta encim je tudi strukturni protein in ena glavnih sestavin matrice celičnega jedra med vmesnikom.

Vrste topoizomeraze

Obstajata dve glavni vrsti topoizomeraz, odvisno od tega, ali sta sposobna cepiti eno ali dve verigi DNK.

-Topoisomeraza tip I

Monomerna                 

Topoizomeraza tipa I so monomeri, ki lajšajo negativno in pozitivno prepisovanje, ki ga proizvaja gibanje vilic med transkripcijo in med postopki replikacije in genske rekombinacije.

Topoizomeraze tipa I lahko razdelimo na tip 1A in tip 1b. Slednji so tisti, ki jih najdemo pri ljudeh in so odgovorni za sprostitev DNK.

Tirozin na svojem aktivnem mestu

Topoisomeraza 1B (Top1b) je sestavljena iz 765 aminokislin, razdeljenih na 4 specifične domene. Ena od teh domen ima zelo ohranjeno območje, ki vsebuje aktivno mesto s tirozinom (Tyr7233). Vsa topoizomeraza na njihovem aktivnem mestu tirozin s temeljno vlogo v celotnem katalitičnem procesu.

Mehanizem delovanja

Tirozin aktivnega mesta tvori kovalentno vez s 3'-fosfatnim koncem verige DNK, jo razreže in drži skupaj z encimom, medtem ko skozi razcep.

Lahko vam služi: flora in favna ekvadorske Sierre: reprezentativna vrsta

Prehod drugega niza DNK skozi razcepljen pramen se doseže zahvaljujoč konformacijski transformaciji encima, ki proizvaja odprtje dvojne vijačnice DNK.

Potem se topoizomeraza I vrne v prvotno konformacijo in se spet ligata. To se zgodi zaradi obratnega procesa rupture verige DNK na katalitičnem mestu encima. Končno topoizomeraza sprosti pramen DNK.

Stopnja ligacije DNK je večja od hitrosti cepitve, kar zagotavlja stabilnost molekule in celovitost genoma.

Če povzamemo, topoisomeraza tipa I:

1. Razkol pramena.
2. Prehod drugega sklopa skozi razkol.
3. Ligacija koncev se je razcepila.

-Topoizomeraza tipa II

Zatemnitev

Topoizomeraze tipa II so encimi dimérica, ki so razdeljeni.

Mg odvisen⁺⁺ in ATP

Ti encimi potrebujejo magnezij (mg⁺⁺) In potrebujejo tudi energijo, ki izhaja iz rupture povezave ATP triffosfat, ki se zahvaljuje ATPaseu.

Dva aktivna mesta s tirozinom

Človeške topoizomeraze so zelo podobne tistim iz kvasa (Saccharomyces cerevisiae), ki ga sestavljata dva monomera (pododstavek A in B). Vsak monomer predstavlja domeno ATPASA, v pododstavku pa aktivno mesto tirozin 782, na katero se lahko pridruži DNK. Zato se lahko dva sklopa DNK združita s topoizomerazo II.

Mehanizem delovanja

Mehanizem delovanja topoizomeraze II je enak tistemu, ki je opisan za topoisomease I.

Na aktivnem mestu topoizomeraze II je stabiliziran (skozi kovalentno unijo s tirozinom) fragment dvojni propeler DNK, imenovan "fragment g". Ta fragment se s kovalentnimi vezmi razdeli in se drži na aktivnem mestu.

Nato encim omogoča, da se drugi fragment DNK, imenovan "fragment t".

Topoizomeraza II liga dva konca "G fragmenta" in na koncu povrne svoje začetno stanje, s čimer je sprostila fragment "g". Nato DNK sprosti torzijsko napetost, kar omogoča, da se pojavijo postopki podvajanja in transkripcije.

-Človeška topoizomeraza

Človeški genom ima pet topoizomeraze: TOP1, TOP3α, TOP3β (tipa I); in Top2α, Top2β (tip II). Najpomembnejše človeške topoizomeraze sta TOP1 (topoizomeraza tipa IB) in 2α (topoisomeraza tipa II).

Zaviralci topoizomeraze

-Topoisomeraza kot cilj kemičnega napada

Ker so procesi, ki jih katalizirajo topoizomeraze, potrebni za preživetje celic, so ti encimi dober napad, ki vpliva na maligne celice. Zato se topoizomeraza šteje za pomembno pri zdravljenju številnih človeških bolezni.

Zdravila, ki delujejo s topoizomerazo, so trenutno zelo raziskana kot kemoterapevtske snovi proti rakavim celicam (v različnih organih telesa) in patogeni mikroorganizmi.

Vam lahko služi: glikogen: struktura, sinteza, razgradnja, funkcije

-Vrste inhibicije

Zaviralna zdravila aktivnosti topoizomeraze lahko:

• DNK interkalata.
• Vplivajo na encim topoizomeraze.
• Interkalirajte v molekulo v bližini aktivnega mesta encima, medtem ko je kompleks DNA-topoizomeraze stabiliziran.

Stabilizacija prehodnega kompleksa, ki ga tvori zveza DNK do tirozina katalitičnega mesta encima.

-Zaviralci topoizomeraze zdravil

Med spojinami, ki zavirajo topoizomerazo, so naslednje.

Protitumorski antibiotiki

Antibiotiki se uporabljajo proti raku, saj preprečujejo rast tumorskih celic, ki običajno posegajo v njihov DNK. Običajno se imenujejo antineoplastični antibiotiki (proti raku). Na primer aktinomicin D vpliva na topoizomerazo II in se uporablja pri tumorjih Wilms pri otrocih in v rabiosarkomih.

Antraciklini

Antraciklini so med antibiotiki najučinkovitejših zdravil proti raku in širšemu spektru. Uporabljajo se pri zdravljenju pljučnega raka, jajčnikov, maternice, želodca, mehurja, dojk, levkemije in limfomov. Znano je, da vpliva na topoizomerazo II z interkaliranjem v DNK.

Prvi izoliran antraciklin aktinobakterije (Streptomyces peucetius) To je bil daunorubicin. Nato je bil v laboratoriju sintetiziran doksorubicin, uporabljen pa je tudi epirubicin in idarubicin.

Antrakinoni

Antrakinoni ali antrakenedas so spojine, pridobljene iz antracena, podobno kot antraciklini, ki vplivajo na aktivnost topoizomeraze II z interkacijo v DNK. Uporabljajo se za metastatski rak dojke, ne -hodgkinov limfom (LNH) in levkemijo.

Ta zdravila so našli v pigmentih nekaterih žuželk, rastlin (Frogula, Sen, Rhibarb), lišajev in gliv; kot tudi v La Hoelita, ki je naravni mineral. Odvisno od vašega odmerka so lahko rakotvorne.

Med temi spojinami imamo mithoxantrono in njegovo analog. Te preprečujejo širjenje malignih tumorskih celic, ki se nepovratno pridružijo DNK.

Epidofilotoksini

Podofilotoksini, kot sta epidofilotoksini (VP-16) in teniposid (VM-26), tvorijo kompleks s topoizomerazo II. Med drugim se uporabljajo proti pljučnemu, testisu, levkemiji, limfomi, raku jajčnikov, karcinomu dojke in malignih intrakranialnih tumorjih. So izolirani iz rastlin Podophyllum notatum in Str. Peltatum.

Analogi Camptotecinas

Campotecinas so spojine, ki zavirajo topoizomerazo I, med njimi pa so irinotekan, topote.

Te spojine so bile uporabljene proti raku debelega črevesa, pljuč in dojk in se naravno prinašajo iz skorje in listov drevesne vrste Camptotheca ackinata Kitajcev in tibeta.

Naravna inhibicija

Strukturne spremembe topoizomeraz I in II se lahko pojavijo tudi na povsem naraven način. To se lahko zgodi med nekaterimi dogodki, ki vplivajo na vaš katalitični proces.

Med temi spremembami lahko navajamo oblikovanje premerov pirimidina, neusklajenost dušikovih baz in drugih dogodkov, ki jih povzroča oksidativni stres.

Reference

1. Liu, l. F. (1994). DNK topoizomeraza: zdravila, ki ciljajo na topoizomerazo. Akademski tisk. PP 307
2. Osheroff, n. in bjorsti, m. (2001). DNK topoizomeraza. Encimologija in zdravila. Vol. Ii. Človeški tisk. Str 329.