Topoizomeráza Čo sú, charakteristiky, funkcie, typy

Ten Topoizomeráza Sú to typ izomerálnych enzýmov, ktoré modifikujú topológiu kyseliny deoxyribonukleovej (DNA) a vytvárajú ich odvíjanie a curling a prekrývanie sa.

Tieto enzýmy majú špecifickú úlohu pri zmierňovaní torzného napätia v DNA, aby sa mohli vyskytnúť také dôležité procesy, transkripcia DNA v kyseline Messenger Ribonukleová (RNAM) a rekombinácia DNA.

Topoizomeráza II, Wikimedia Commons

Enzýmy topoizomerázy sú prítomné v eukaryotických bunkách aj v prokaryotických bunkách. Jeho existenciu predpovedali vedci Watson a Crick, keď hodnotili obmedzenia, ktoré predstavovala štruktúra DNA, ktorá umožňuje prístup k ich informáciám (uložené v jeho nukleotidovej sekvencii).

Aby sme pochopili funkcie topoizomerázy, malo by sa uvažovať o tom, že DNA má stabilnú štruktúru dvojitého vrtule, pričom jej reťaze sa jedia z druhej.

Tieto lineárne reťazce tvoria 2-dechexiribosy spojené 5'-3 'fosfodi-foser.

Topologická štúdia molekúl DNA ukázala, že tieto môžu predpokladať niekoľko konformácií v závislosti od ich torzného napätia: od uvoľneného stavu po rôzne stavy zápisu, ktoré umožňujú ich zhutnenie.

Molekuly DNA s rôznymi konformáciami sa nazývajú topoizoméry. Môžeme teda dospieť k záveru, že topoizomerázy I a II, môžu zvýšiť alebo znížiť napätie krútenia molekúl DNA, čím sa vytvárajú rôzne topoizoméry.

Medzi možné topoizoméry DNA je najbežnejšou konformáciou superstran, ktorá je veľmi kompaktná. Avšak dvojitá vrtuľa DNA musí byť tiež odvrátená topoizomerázami počas niekoľkých molekulárnych procesov.

Charakteristika

Mechanizmus všeobecného pôsobenia

Niektoré topoizomerázy môžu relaxovať iba negatívne prepísanie DNA alebo obidve superstrany DNA: pozitívne a negatívne.

Ak sa kruhová dynamická DNA uvoľní na svojej pozdĺžnej osi a návrate Levogira (v smere k ihly hodín), hovorí sa, že sa negatívne prekrýva. Ak je návrat dextrogyral (na rozdiel od hodinových ihiel), je pozitívne ohromený.

DNA kruhový kruhový reproduktor negatívne, uvoľnený a pozitívne ohromený. Zdroj: Fdardel [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)], z Wikimedia Commons

V podstate topoizomerázy môžu:

-Uľahčiť prechod DNA vlákna cez rez v opačnom reťazci (topoizomeráza typu I).

-Uľahčiť prechod kompletnej dvojitej vrtule cez rozdelenie samo o sebe alebo rozdelením v inej dvojitej vrtule (topoizomeráza typu II).

Stručne povedané, topoizomeráza pôsobí prostredníctvom rozdelenia fosfodiérových odkazov v jednom alebo dvoch prameňoch, ktoré tvoria DNA. Potom modifikujú valcujúci stav vlákien dvojitého vrtule (molememaráza topoizomeráza) alebo dvoch dvojitých vrtule (molememaráza II), aby sa konečne znova zviazali alebo viazali rozdelené konce.

Topoizomeráza a bunkový cyklus

Aj keď topoizomeráza I je enzým, ktorý má najväčšiu aktivitu počas fázy S (syntéza DNA), nepovažuje sa za závislú od fázy bunkového cyklu.

Môže vám slúžiť: odstupňovacie lipidy: charakteristiky, štruktúra, funkcie, príklady

Zatiaľ čo aktivita topoizomerázy II je aktívnejšia počas logaritmickej fázy buniek buniek a rýchlych rastových buniek.

Funkcia

Zmena génov, ktoré kódujú. Medzi procesmi, na ktorých sa zúčastnia topoizomeráza, patrí:

Kompaktné ukladanie genetického materiálu

Topoizomerázy uľahčujú ukladanie genetických informácií kompaktné, pretože generujú valcovanie a prekrývanie DNA, čo umožňuje veľké množstvo informácií v relatívne malom objeme.

Prístup k genetickým informáciám

Ak neexistuje žiadna topoizomeráza a ich jedinečné vlastnosti, prístup k informáciám uloženým v DNA by bol nemožný. Dôvodom je skutočnosť, že topoizomeráza pravidelne uvoľňuje napätie v dôsledku torzie, ktoré sa generuje v dvojitej vrtule DNA, počas ich odvíjania, v procesoch replikácie, transkripcie a rekombinácie.

Ak sa napätie v dôsledku krútenia generovaného počas týchto procesov neuvoľní, môže dôjsť k defektnej génovej expresii, prerušenie kruhovej DNA alebo chromozómu, dokonca by produkuje bunkovú smrť.

Regulácia génovej expresie

Konformačné zmeny (v trojrozmernej štruktúre) molekuly DNA vystavujú špecifické oblasti, ktoré môžu interagovať s proteínmi DNA. Tieto proteíny majú regulačnú funkciu genetickej expresie (pozitívne alebo negatívne).

Regulačný proteín genetickej expresie. Wikimedia Commons

Valcujúci stav DNA, generovaný pôsobením topoizomeráz, teda ovplyvňuje reguláciu genetickej expresie.

Zvláštnosti topoizomerázy II

Topoizomeráza II je potrebná na zostavenie chromatidov, kondenzácie a chromozómov a segregáciu dcér DNA počas myitózy počas myitózy.

Tento enzým je tiež štrukturálnym proteínom a jedným z hlavných zložiek matrice bunkového jadra počas rozhrania.

Typy topoizomerázy

Existujú dva hlavné typy topoizomeráz v závislosti od toho, či sú schopné rozdeliť jeden alebo dva reťazce DNA.

-Topoisomeráza typ i

Monomérny                 

Topoizomeráza typu I sú monoméry, ktoré zmierňujú negatívne a pozitívne prepísanie, ktoré sú produkované pohybom vidlice počas transkripcie a počas procesov replikácie a rekombinácie génov.

Type I topoizomerázy možno rozdeliť na typ 1A a typ 1b. Posledne menované sú tie, ktoré sa nachádzajú u ľudí a sú zodpovední za relaxáciu prehľadu DNA.

Tyrozín na svojom aktívnom mieste

Topoizomeráza 1b (Top1b) sa skladá zo 765 aminokyselín rozdelených do 4 špecifických domén. Jedna z týchto domén má vysoko konzervovanú oblasť, ktorá obsahuje aktívne miesto s tyrozínom (Tyr7233). Všetky topoizomerázy prítomné vo svojom aktívnom mieste tyrozín so základnou úlohou v celom katalytickom procese.

Mechanizmus akcie

Tyrozín aktívneho miesta tvorí kovalentnú väzbu s 3'-fosfátovým koncom reťazca DNA, rezanie a udržanie ho spolu s enzýmom, zatiaľ čo ďalšia DNA vlákna prechádza rozdelením.

Môže vám slúžiť: Flora a fauna ekvádorskej Sierry: Reprezentatívne druhy

Priechod druhej pramene DNA cez rozdelený prameň sa dosiahne vďaka konformačnej transformácii enzýmu, ktorý vytvára otvorenie dvojitej špirály DNA.

Potom sa topoizomeráza I vráti k svojej počiatočnej konformácii a znova liguje konce rozdelených. K tomu dochádza v dôsledku inverzného procesu pretrhnutia reťazca DNA, v katalytickom mieste enzýmu. Nakoniec topoizomeráza uvoľňuje DNA Strand.

Miera ligácie DNA je vyššia ako rýchlosť rozdelenia, ktorá zaisťuje stabilitu molekuly a integritu genómu.

Stručne povedané, typu I topoizomeráza:

1. Rozdelenie vlákna.
2. Priechod druhého prameňa cez rozdelenie.
3. Ligácia koncov sa rozdelila.

-Type II topoizomeráza

Stlmiť

Topoizomerázy typu II sú enzýmy Dimérica, ktoré sú rozdelené.

Mg závislý⁺⁺ a ATP

Tieto enzýmy potrebujú horčík (mg⁺⁺) A tiež potrebujú energiu, ktorá pochádza z prasknutia triffátového spojenia ATP, ktoré využívajú výhody vďaka ATPáze.

Dve aktívne miesta s tyrozínom

Ľudské topoizomerázy sú veľmi podobné ako v kvasinkách (Sacharomyces cerevisiae), ktorý sa skladá z dvoch monomérov (subfragmenty A a B). Každý monomér predstavuje doménu ATPASA a v podriadení aktívne miesto tyrozín 782, ku ktorému je možné pripojiť DNA. Preto môžu byť dve vlákna DNA spojené s topoizomeráza II.

Mechanizmus akcie

Mechanizmus pôsobenia topoizomerázy II sa rovná mechanizmu opísanej pre topoizomase i, vzhľadom na to, že dva reťazce DNA sú rozdelené a nielen jeden.

V aktívnom mieste topoizomerázy II je stabilizovaný (prostredníctvom kovalentného spojenia s tyrozínom) fragment dvojica DNA, nazývaná „fragment g“. Tento fragment je rozdelený a udržiavaný spolu na aktívnom mieste kovalentnými väzbami.

Potom enzým umožňuje ďalším fragmentom DNA, nazývaným „fragment t“, prejsť rozdeleným fragmentom „G“ vďaka konformačnej zmene enzýmu, ktorá závisí od hydrolýzy ATP.

Topoizomeráza II Liga dva konce „fragmentu G“ a nakoniec obnovia jeho počiatočný stav, čím uvoľní fragment „G“. Potom DNA uvoľňuje torzné napätie, čo umožňuje vyskytnúť procesy replikácie a transkripcie.

-Ľudská topoizomeráza

Ľudský genóm má päť topoizomerázy: top1, top3a, top3p (typu I); a top2a, top2p (typ II). Najdôležitejšie ľudské topoizomerázy sú Top1 (topoizomeráza typu IB) a 2a (topoizomeráza typu II).

Inhibítory topoizomerázy

-Topoizomeráza ako cieľ chemického útoku

Pretože procesy katalyzované topoizomerázami sú potrebné na prežitie buniek, tieto enzýmy sú dobrým útokom biele na ovplyvnenie malígnych buniek. Preto sa topoizomeráza považuje za dôležitú pri liečbe mnohých ľudských chorôb.

Lieky, ktoré interagujú s topoizomerázou, sa v súčasnosti veľmi študujú ako chemoterapeutické látky proti rakovinovým bunkám (v rôznych orgánoch tela) a patogénnych mikroorganizmov.

Môže vám slúžiť: glykogén: štruktúra, syntéza, degradácia, funkcie

-Typy inhibície

Inhibičné lieky aktivity topoizomerázy môžu:

• Interkalát DNA.
• Ovplyvňuje enzým topoizomerázy.
• Interkalát do molekuly blízko aktívneho miesta enzýmu, zatiaľ čo komplex DNA-topoizomerázy je stabilizovaný.

Stabilizácia prechodného komplexu, ktorý je tvorený spojením DNA s tyrozínom katalytického miesta enzýmu, bráni spojeniu rozdelených fragmentov, ktoré môžu viesť k bunkovej smrti.

-Inhibítory liekov topoizomerázy

Medzi zlúčeniny, ktoré inhibujú topoizomerázu, sú nasledujúce.

Protinádorové antibiotiká

Antibiotiká sa používajú proti rakovine, pretože bránia rastu nádorových buniek, zvyčajne zasahujúcich do ich DNA. Zvyčajne sa nazývajú antineoplastické antibiotiká (proti rakovine). Napríklad aktinomycín D ovplyvňuje topoizomerázu II a používa sa v nádoroch Wilms u detí a v rabdomiosarkómoch.

Antracyclines

Antracyklíny sú medzi antibiotikami najúčinnejších antirakovinových liekov a širšieho spektra. Používajú sa pri liečbe rakoviny pľúc, vaječníkov, maternice, žalúdka, močového mechúra, prsníka, leukémie a lymfómov. Je známe, že ovplyvňuje topoizomerázu II interkaláciou v DNA.

Prvý izolovaný antracyklín aktinobaktérií (Streptomyces peucetius) To bol daunorubicin. Následne sa v laboratóriu syntetizoval doxorubicín a používa sa aj epirubicín a idarubicine.

Antrachinóny

Antrachinóny alebo antracedens sú zlúčeniny odvodené z antracénu, podobne ako antracyklíny, ktoré ovplyvňujú aktivitu topoizomerázy II interkaláciou v DNA. Používajú sa na metastatickú rakovinu prsníka, non -Hodgkinský lymfóm (LNH) a leukémiu.

Tieto lieky sa našli v pigmentoch niektorých hmyzu, rastlín (frogula, sen, rhibarb), lišajníkov a húb; ako aj v La Hoelita, čo je prírodný minerál. V závislosti od vašej dávky môžu byť karcinogénne.

Spomedzi týchto zlúčenín máme Mythoxantrona a jej analóg Losxantrona. Tí bránia proliferácii malígnych nádorových buniek a nezvratne spájajú DNA.

Epidofilotoxíny

Podofilotoxíny, ako sú epidofilotoxíny (VP-16) a teniposid (VM-26), tvoria komplex s topoizomerázou II. Používajú sa proti pľúcam, rakovine semenníkov, leukémii, lymfómom, rakovine vaječníkov, karcinómu prsníka a malígnych intrakraniálnych nádorov. Sú izolované z rastlín Podophyllum notatum a P. Peltatum.

Analógy Camptotecinas

Campotecinas sú zlúčeniny, ktoré inhibujú topoizomerázu I, a medzi nimi sú Irinotecan, topote.

Tieto zlúčeniny sa použili proti rakovine hrubého čreva, pľúc a prsníka a prirodzene sa získavajú z kôry a listov druhov stromov Camptoteca akuminata čínštiny a Tibet Cornnoucious.

Prirodzená inhibícia

Štrukturálne zmeny topoizomeráz I a II sa môžu vyskytnúť úplne prirodzeným spôsobom. Môže sa to stať počas niektorých udalostí, ktoré ovplyvňujú váš katalytický proces.

Medzi týmito zmenami je možné uviesť tvorbu priemerov pyrimidínu, nesúlad dusíkových báz a ďalšie udalosti spôsobené oxidačným stresom.

Odkazy

1. Liu, L. F. (1994). DNA topoizomeráza: lieky zamerané na topoizomerázu. Akademická tlač. pp 307
2. Osheroff, n. a Bjorsti, m. (2001). DNA topoizomeráza. Enzymológia a lieky. Zvuk. Ii. Ľudská tlač. Str. 329.