Topoizomeraza What Are, Charakterystyka, Funkcje, typy

Topoizomeraza Są rodzajem enzymów izomerzypowych, które modyfikują topologię kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA), generując zarówno ich odwijanie, jak i zwijanie i nakładanie się.

Enzymy te odgrywają specyficzną rolę w łagodzeniu napięcia skrętnego w DNA, aby mogły wystąpić tak ważne procesy, transkrypcja DNA w przekaźniku kwasu rybonukleinowego (RNAM) i rekombinacji DNA.

Topoisomeraza II, Wikimedia Commons

Enzymy topoizomerazy są obecne zarówno w komórkach eukariotycznych, jak i komórkach prokariotycznych. Jego istnienie było przewidziane przez naukowców Watson i Cricka, oceniając ograniczenia przedstawione przez strukturę DNA, aby umożliwić dostęp do ich informacji (przechowywanych w sekwencji nukleotydowej).

Aby zrozumieć funkcje topoizomerazy, należy uznać, że DNA ma stabilną podwójną strukturę śmigła, z jego łańcuchami zwiniętymi na drugą.

Te liniowe łańcuchy są składane przez 2-decheksiribosas połączone przez 5'-3 'fosfodi-foser.

Badanie topologiczne cząsteczek DNA wykazało, że mogą one zakładać kilka konformacji zależnych od ich napięcia skrętnego: od solidnego stanu, do różnych stanów rejestracji, które umożliwiają ich zagęszczenie.

Cząsteczki DNA o różnych konformacjach nazywane są topoizomerami. Możemy zatem stwierdzić, że topoizomerazy I i II mogą zwiększyć lub zmniejszyć napięcie skrętnych cząsteczek DNA, tworząc ich różne topoizomery.

Wśród możliwych topoizomerów DNA najczęstszą konformacją jest nadprzepusta, która jest bardzo zwarta. Jednak podwójny śmigło DNA musi być również opróżnione przez topoizomerazy podczas kilku procesów molekularnych.

Charakterystyka

Mechanizm ogólnego działania

Niektóre topoizomerazy mogą rozluźnić tylko negatywne zastępowanie DNA lub oba nadprany DNA: pozytywne i negatywne.

Jeśli okrągłe dynamiczne DNA odwijają się na osi podłużnej i powrót Levogira (w kierunku igieł zegara), mówi się, że negatywnie nakłada się na siebie. Jeśli zwrot jest dekstrogyral (wbrew igieł zegara), jest pozytywnie przytłoczony.

Okrągły głośnik DNA negatywnie, zrelaksowany i pozytywnie przytłoczony. Źródło: FDARDEL [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)], z Wikimedia Commons

Zasadniczo topoizomerazy mogą:

-Ułatwiaj przejście nici DNA przez cięcie w przeciwnej nici (topoizomeraza typu I).

-Ułatwiaj przejście całkowitego podwójnego śmigła przez podział sam w sobie lub przez podział w innym podwójnym śmigieniu (topoizomeraza typu II).

Podsumowując, topoizomeraza działa przez podział linków fosfodiéster, w jednym lub dwóch niciach, które tworzą DNA. Następnie modyfikują stan toczenia nici podwójnego śmigła (topoizomeraza molemomerazy) lub dwa podwójne śmigła (molemomeraza II), aby w końcu powiązać ponownie lub wiązać podzielone końce.

Topoizomeraza i cykl komórkowy

Chociaż topoizomeraza I jest enzymem, który ma największą aktywność podczas fazy (synteza DNA), nie jest uważane za zależne od fazy cyklu komórkowego.

Może ci służyć: lipidy podlegające saponifikowalne: cechy, struktura, funkcje, przykłady

Podczas gdy aktywność topoizomerazy II jest bardziej aktywna podczas fazy logarytmicznej komórek wzrostu komórek i szybkiego wzrostu komórek.

Funkcje

Zmiana genów, które enkodują. Wśród procesów, w których uczestniczy topoizomeraza, są:

Kompaktowe przechowywanie materiału genetycznego

Topoisomerazy ułatwiają przechowywanie kompaktowych informacji genetycznych, ponieważ generują one przewracanie i nakładanie się DNA, umożliwiając dużą ilość informacji w stosunkowo niewielkiej objętości.

Dostęp do informacji genetycznych

Jeśli nie ma topoizomerazy i ich unikalnych cech, dostęp do informacji przechowywanych w DNA byłby niemożliwy. Wynika to z faktu, że topoizomeraza okresowo uwalnia napięcie z powodu skrętu generowanego w podwójnym śmigłach DNA, podczas ich relaksu, w procesach replikacji, transkrypcji i rekombinacji.

Jeśli napięcie spowodowane skrętem wygenerowanym podczas tych procesów nie zostanie uwolnione, może wystąpić wadliwa ekspresja genów, przerwanie okrągłego DNA lub chromosomu, nawet powodując śmierć komórki.

Regulacja ekspresji genów

Zmiany konformacyjne (w strukturze trójwymiarowej) cząsteczki DNA, ujawniają specyficzne regiony, które mogą oddziaływać z białkami DNA. Białka te mają funkcję regulacyjną ekspresji genetycznej (pozytywne lub ujemne).

Białko regulacyjne ekspresji genetycznej. Wikimedia Commons

Zatem stan toczenia DNA, generowany przez działanie topoizomeraz, wpływa na regulację ekspresji genetycznej.

Szczegółowe znaczenie topoizomerazy II

Topoizomeraza II jest niezbędna do montażu chromatyd, kondensacji i chromosomów oraz segregacji córek DNA podczas miitozy podczas miitozy.

Ten enzym jest również białkiem strukturalnym i jednym z głównych składników macierzy rdzenia komórkowego podczas interfejsu.

Rodzaje topoizomerazy

Istnieją dwa główne typy topoizomeraz w zależności od tego, czy są one zdolne do podziału jednego czy dwóch łańcuchów DNA.

-Topoisomeraza typ I

Monomeryczny                 

Topoizomeraza typu I to monomery, które łagodzą nadpisanie negatywne i pozytywne, które są wytwarzane przez ruch widelca podczas transkrypcji oraz podczas procesów replikacji i rekombinacji genów.

Topoizomerazy typu I można podzielić na typ 1A i typu 1b. Te ostatnie to te znajdujące się u ludzi i są odpowiedzialne za relaksujący przegląd DNA.

Tyrozyna w aktywnym miejscu

Topoizomeraza 1B (TOP1B) składa się z 765 aminokwasów podzielonych na 4 specyficzne domeny. Jedna z tych domen ma wysoce zachowany obszar, który zawiera aktywne miejsce z tyrozyną (Tyr7233). Cała topoizomeraza obecna w ich aktywnym miejscu tyrozyna z fundamentalną rolą w całym procesie katalitycznym.

Mechanizm akcji

Tyrozyna w miejscu aktywnym tworzy kowalencyjne wiązanie z 3'-fosforanowym końcem łańcucha DNA, przecinając go i utrzymując razem z enzymem, podczas gdy inny nici DNA przechodzi przez podział.

Może ci służyć: flora i fauna Ekwadorii Sierra: reprezentatywne gatunki

Przejście drugiej nici DNA przez podzieloną nici osiąga się dzięki konformacyjnej transformacji enzymu, która wytwarza otwarcie podwójnej helisy DNA.

Następnie topoizomeraza I powraca do jej początkowej konformacji i ponownie podwiązuje końce. Dzieje się tak z powodu odwrotnego procesu pęknięcia łańcucha DNA, w miejscu katalitycznym enzymu. Wreszcie, topoizomeraza uwalnia pasmo DNA.

Szybkość podwiązania DNA jest większa niż szybkość podziału, co zapewnia stabilność cząsteczki i integralność genomu.

Podsumowując, topoizomeraza typu I:

1. Podział pasma.
2. Przejście drugiej pasma przez podział.
3. Podwiązanie końcówek podzielonych.

-Topoizomeraza typu II

Opornik

Topoizomerazy typu II to enzymy dimérica, które są podzielone.

Mg zależny⁺⁺ i ATP

Te enzymy potrzebują magnezu (Mg⁺⁺) I potrzebują także energii pochodzącej z pęknięcia łącza triffosforanu ATP, które korzystają z ATPazy.

Dwa aktywne miejsca z tyrozyną

Ludzkie topoizomerazy są bardzo podobne do tych z drożdży (Saccharomyces cerevisiae), który składa się z dwóch monomerów (fragmenty a i b). Każdy monomer przedstawia domenę ATPASA, aw podfragmencie aktywne miejsce tyrozyny 782, do którego można połączyć DNA. Dlatego można połączyć dwie nici DNA z topoizomerazą II.

Mechanizm akcji

Mechanizm działania topoizomerazy II jest równy mechanizmowi opisanym dla topoizomazy I, biorąc pod uwagę, że dwa łańcuchy DNA są podzielone, a nie tylko jedno.

W aktywnym miejscu topoizomerazy II jest stabilizowana (poprzez kowalencyjny związek z tyrozyną) fragment Podwójny śmigło DNA, zwane „fragmentem g”. Ten fragment jest podzielony i utrzymywany razem do miejsca aktywnego przez kowalencyjne wiązania.

Następnie enzym pozwala na inny fragment DNA, zwany „fragmentem t”, przejść przez fragment podzielony „g”, dzięki konformacyjnej zmianie enzymu, która zależy od hydrolizy ATP.

Topoizomeraza II liga dwa końce „g fragmentu” i wreszcie odzyskują swój stan początkowy, uwalniając fragment „g”. Następnie DNA rozluźnia napięcie skrętne, umożliwiając wystąpienie procesów replikacji i transkrypcji.

-Ludzka topoizomeraza

Human genom ma pięć topoizomerazy: top1, top3α, top3β (typu I); i top2α, top2β (typ II). Najbardziej odpowiednie ludzkie topoizomerazy to top1 (topoizomeraza typu IB) i 2α (topoizomeraza typu II).

Inhibitory topoizomerazy

-Topoizomeraza jako cel ataku chemicznego

Ponieważ procesy katalizowane przez topoizomerazy są niezbędne do przeżycia komórek, enzymy te są dobrym atakiem białym, aby wpływać na złośliwe komórki. Dlatego topoizomeraza jest uważana za ważną w leczeniu wielu chorób ludzkich.

Leki, które oddziałują z topoizomerazą, są obecnie bardzo badane jako substancje chemioterapeutyczne przeciwko komórkom rakowym (w różnych narządach ciała) i patogenne mikroorganizmy.

Może ci służyć: glikogen: struktura, synteza, degradacja, funkcje

-Rodzaje hamowania

Hamujące leki aktywności topoizomerazy mogą:

• Interkalate DNA.
• Wpływać na enzym topoizomerazy.
• Interkaluj do cząsteczki w pobliżu miejsca aktywnego enzymu, podczas gdy kompleks DNA-topoisomerazy jest stabilizowany.

Stabilizacja kompleksu przejściowego, która jest utworzona przez połączenie DNA z tyrozyną miejsca katalitycznego enzymu, zapobiega połączeniu podzielonych fragmentów, które mogą prowadzić do śmierci komórki.

-Narkotyki inhibitory topoizomerazy

Wśród związków hamujących topoizomerazę są następujące.

Antybiotyki przeciwnowotworowe

Antybiotyki są stosowane przeciwko rakowi, ponieważ zapobiegają wzrostowi komórek nowotworowych, zwykle zakłócając ich DNA. Zazwyczaj nazywane są antyneoplastycznymi antybiotykami (przeciwko rakowi). Aktynomycyna D, na przykład, wpływa na topoizomerazę II i jest stosowana w guzach Wilms u dzieci i rabiniosarcomas.

Antracykliny

Antracykliny są wśród antybiotyków najskuteczniejszych leków przeciwnowotworowych i szerszego spektrum. Są one stosowane w leczeniu raka płuc, jajników, macicy, żołądka, pęcherza, piersi, białaczki i chłoniaków. Wiadomo, że wpływa na topoizomerazę II przez interkalację w DNA.

Pierwsza izolowana antracyklina aktynobakterii (Streptomyces Peucetius) To była daunorubicyna. Następnie doksorubicyna zsyntetyzowano w laboratorium i stosuje się również epirubicynę, a idarubicyna.

Antraquinones

Antraquinony lub antracenedas są związkami pochodzącymi z antracenu, podobne do antracykliny, które wpływają na aktywność topoizomerazy II przez interkalację w DNA. Są one stosowane do raka piersi z przerzutami, chłoniakiem niehodgkinian (LNH) i białaczki.

Leki te znaleziono u pigmentów niektórych owadów, roślin (Frogula, Sen, Ronibarb), porostów i grzybów; a także w La Hoelita, która jest naturalnym minerałem. W zależności od dawki mogą być rakotwórcze.

Wśród tych związków mamy mitoksantronę i jej analog Losxantrona. Zapobiegają proliferacji złośliwych komórek nowotworowych, nieodwracalnie łącząc DNA.

Epidofilotoksyny

Podofilotoksyny, takie jak epidofilotoksyny (VP-16) i tenipozyd (VM-26), tworzą kompleks z topoizomerazą II. Są one stosowane między rakiem płuc, raka jąder, białaczką, chłoniakami, rakiem jajnika, rakiem piersi i nowotworami śródczaszkowymi,. Są izolowane z roślin Podophyllum notatum I P. Peltatum.

Analogi Campptotecinas

Campotecinas są związkami, które hamują topoizomerazę I, a wśród nich są irynotekan, najwyższy.

Związki te były stosowane przeciwko rakowi jelita grubego, płuc i piersi i są naturalnie uzyskiwane z skorupy i liści gatunków drzew Campptotheca causinata Chińczyków i tybeta.

Naturalne zahamowanie

Zmiany strukturalne topoizomeraz I i II mogą również występować w całkowicie naturalny sposób. Może się to zdarzyć podczas niektórych wydarzeń, które wpływają na proces katalityczny.

Spośród tych zmian można powstawać tworzenie pirymidynowych średnic, niedopasowanie podstaw azotu i innych zdarzeń spowodowanych stresem oksydacyjnym.

Bibliografia

1. Liu, L. F. (1994). Topoizomeraza DNA: leki ukierunkowane na topoizomerazę. Academic Press. s. 307
2. OSHEROFF, n. i Bjorsti, m. (2001). Topoizomeraza DNA. Enzymologia i leki. Tom. Ii. Ludzka prasa. Str. 329.