Azərbaycan  AzərbaycanБеларусь  БеларусьDanmark  DanmarkDeutschland  DeutschlandUnited States  United StatesEspaña  EspañaFrance  FranceIndonesia  IndonesiaItalia  ItaliaҚазақстан  ҚазақстанLietuva  LietuvaРоссия  Россияශ්‍රී ලංකාව  ශ්‍රී ලංකාවประเทศไทย  ประเทศไทยTürkiyə  TürkiyəУкраина  Украина
Поддерживать
www.aawiki.ru-ru.nina.az

Топоизомера зы англ topoisomerase класс ферментов изомераз которые влияют на топологию ДНК Топоизомеразы способны релакс

Топоизомераза

Топоизомераза

Топоизомера́зы (англ. topoisomerase) — класс ферментов-изомераз, которые влияют на топологию ДНК. Топоизомеразы способны релаксировать сверхспирализованные молекулы ДНК путём внесения одно- или двуцепочечных разрывов с последующим восстановлением (лигированием). Вместе с тем в некоторых случаях топоизомеразы могут вносить в ДНК отрицательные супервитки или катенаны.

image
Принцип действия топоизомераз II

Впервые топоизомеразы были описаны профессором Гарвардского университета Джеймсом Вонгом.

Топоизомеразы, облегчая расплетание цепей ДНК в двойной спирали, играют важную роль в процессах репликации и транскрипции. Показана роль топоизомераз в образовании петель хроматина во время конденсации хромосом. Встраивание вирусной ДНК в хромосомы хозяина и другие формы рекомбинации также требуют присутствия топоизомераз.

Классификация

В зависимости от механизма действия топоизомеразы подразделяют на топоизомеразы I типа, вносящие одноцепочечные разрывы без затрат энергии, и топоизомеразы II типа, осуществляющие внесение двуцепочечных разрывов с затратой АТФ. Особое место среди топоизомераз занимает ДНК-гираза, характерная для кишечной палочки E. coli.

В следующей таблице перечислены основные особенности различных типов топоизомераз:

Топоизомеразы IA IB IIA IIB
Необходимость ионов металлов Да Нет Да Да
Зависимость от АТФ Нет Нет Да Да
Разрыв оц оц дц дц
Конец прикрепления 5' 3' 5' 5'
Изменение числа супервитков ±1 ±1 ±2 ±2

Топоизомеразы I

image
Топоизомераза I в комплексе с ДНК

[англ.] (КФ 5.99.1.2) представляют собой мономерные белки. Они релаксируют ДНК, внося одноцепочечные разрывы без затрат АТФ. Механизм этого таков. Внесение одноцепочечных разрывов происходит за счёт остатка аминокислоты тирозина, который осуществляет нуклеофильную атаку фосфатной группы ДНК, образуя фосфотирозин. Сам фермент при этом связывается с высвободившимся 3'- или 5'-концом цепи. В зависимости от того, к какому концу присоединяется топоизомераза, выделяют:

  • топоизомеразы IA-типа, связывающиеся с 5'-концом; снимают только отрицательную суперспирализацию;
  • топоизомеразы IB-типа, связывающиеся с 3'-концом; снимают как положительную, так и отрицательную суперспирализацию.

Такой механизм действия не требует затрат энергии, то есть при работе топоизомераз I типа АТФ не расходуется. Число витков при этом изменяется на 1.

Первая топоизомераза I типа, как уже отмечалось, была выделена в клетках E. coli. В 1972 году топоизомеразы этого типа были обнаружены в клетках млекопитающего, впоследствии — в дрожжевых клетках. Топоизомеразы I типа известны у архей, например, IA-топоизомераза термофильной археи , а также у некоторых вирусов, например, вируса оспы.

Топоизомеразы II

image
Топоизомераза II

[англ.] (КФ 5.99.1.3) функционируют у прокариот в виде тетрамеров, у эукариот — в виде димеров. Они осуществляют АТФ-зависимое расщепление обеих цепей ДНК с последующим переносом цепей через разрыв и его лигированием. Разрыв происходит из-за связывания тирозинов топоизомеразы с ДНК с образованием двух 5'-. В образовавшийся разрыв проходит другая двуцепочечная ДНК. Таким образом, число положительных или отрицательных супервитков изменяется на 2 (а не на 1, как у топоизомераз I). Итак, топоизомеразы II могут катенировать и декатенировать узлы ДНК. Относящаяся к этому типу ДНК-гираза вносит отрицательные супервитки.

Топоизомеразы II, как и топоизомеразы I, подразделяют на 2 группы: IIA и IIB. Однако анализ структур топоизомераз IА, IIА и IIB выявил их большое структурное сходство, в частности, наличие специального фолда для связывания с ионами металлов.

Разнообразие топоизомераз

В следующей таблице кратко характеризованы топоизомеразы из различных классов, выделенные из различных организмов.

Топоизомераза Тип Организм Размер (кДа) и строение субъединицы Особенности
Бактериальная топоизомераза I (ω-белок) IA Бактерии (в т. ч. E. coli) 97; мономер Неспособна релаксировать положительные супервитки
Эукариотическая топоизомераза I IB Эукариоты (в т. ч. человек) 91; мономер Может релаксировать как положительные, так и отрицательные супервитки
Топоизомераза I вируса коровьей оспы IB Вирус коровьей оспы 37; мономер АТФ стимулирует активность фермента
Топоизомераза III IA Бактерии (в т. ч. E. coli) 73; мономер Имеет сильную декатенирующую активность
Обратная гираза IA Термофильные археи (в т. ч. 143; мономер Может АТФ-зависимо вносить положительные супервитки в ДНК
ДНК-гираза IIA Бактерии (в т. ч. E. coli), некоторые низшие эукариоты 97 и 99 A2B2 Может АТФ-зависимо вносить отрицательные супервитки в ДНК
Т4-топоизомераза IIA Фаг Т4 58, 51 и 18; 2 копии каждой субъединицы Релаксирует ДНК, но не суперспирализует (АТФ-зависимо)
Эукариотическая топоизомераза II IIA Эукариоты (в т. ч. человек) 174; гомодимер Релаксирует ДНК, но не суперспирализует (АТФ-зависимо)
Топоизомераза IV IIA Бактерии (в т. ч. E. coli) 84 и 70 C2E2 Релаксирует ДНК, но не суперспирализует, сильная декатеназа (АТФ-зависимая)
Топоизомераза VI IIB Археи (в т. ч. ) 45 и 60 A2B2 Релаксирует ДНК, но не суперспирализует (АТФ-зависимо)

Медицинское значение

image
Общие принципы действия [англ.]

Топоизомеразы играют важную роль в процессах роста и деления клетки, в связи с чем они нередко являются мишенями различных лекарств — [англ.].

Так, ДНК-гираза и близкая к ней топоизомераза IV являются мишенями двух основных групп антибактериальных препаратов: хинолонов и кумаринов. Хинолоны (в том числе налидиксовая кислота и ципрофлоксацин) предположительно блокируют стадию разрыва и лигирования в работе гиразы. Кумарины (в их числе [англ.] и [англ.]) действуют совершенно иначе: они блокируют гидролиз АТФ гиразой.

Эукариотические топоизомеразы также являются мишенями многих лекарственных препаратов, в частности, противоопухолевых. Например, противораковый препарат [англ.], производные которого широко используются в противораковой химиотерапии, действует на человеческую топоизомеразу I подобно тому, как хинолоны действуют на гиразу.

Кроме того, что топоизомеразы могут быть мишенями антибиотиков и противоопухолевых препаратов, они также могут выступать как мишени токсинов. Так, бактериальный токсин Ссdb действует на гиразу. Ссdb представляет собой небольшой белок массой 11,7 кДа. Он входит в состав токсин-антитоксиновой системы, образуя комплекс с другим белком — Ссda, и играет роль в стабилизации F-плазмиды E. coli. Утрата F-плазмиды ведёт к утрате относительно нестабильного Ссdа. В результате Ссdb высвобождается, блокирует гиразу и тем самым убивает хозяйскую клетку. Изучение механизма действия таких токсинов может дать новые идеи для разработки новых ингибиторов гиразы.

В следующей таблице приведена информация по различным ингибиторам топоизомераз:

Ингибитор Топоизомераза-мишень Терапевтическое действие
Хинолоны (в т. ч. ципрофлоксацин) ДНК-гираза и топоизомераза IV Эффективные антибактериальные средства
Кумарины (в т. ч. [англ.]) ДНК-гираза и топоизомераза IV Антибиотики, но не используются широко
[англ.] (в т. ч. топотекан) Человеческая топоизомераза I Противораковые препараты
[англ.] (mAMSA) Человеческая топоизомераза II Противораковые препараты
Подофиллотоксины (в т. ч. тенипозид) Человеческая топоизомераза II Противораковые препараты

Примечания

  1. Champoux J.J. DNA topoisomerases: structure, function, and mechanism (англ.) // [англ.] : journal. — 2001. — Vol. 70. — P. 369—413. — doi:10.1146/annurev.biochem.70.1.369. — PMID 11395412.
  2. Коничев, Севастьянова, 2012, с. 99.
  3. Коничев, Севастьянова, 2012, с. 100.
  4. National Academy of Sciences: NAS Award in Molecular Biology. National Academy of Science. Дата обращения: 7 января 2009. Архивировано из оригинала 29 декабря 2010 года.
  5. Жимулев И. Ф. Общая и молекулярная генетика. — 1. — Новосибирск: Издательство Новосибирского университета, 2002. — 459 с. — 2000 экз. — ISBN 5761505096.
  6. Арефьев В. А., Лисовенко Л. А. ДНК-релаксирующие ферменты // Англо-русский толковый словарь генетических терминов. — М.: Изд-во ВНИРО, 1995. — ISBN 5-85382-132-6.
  7. Д. В. Бугреев, Г. А. Невинский. Структура и механизм действия топоизомераз IА-типа // Успехи биологической химии. — 2009. — Т. 49. — С. 129—158. Архивировано 21 марта 2014 года.
  8. Коничев, Севастьянова, 2012, с. 99—100.
  9. DNA topoisomerases. Дата обращения: 19 марта 2014. Архивировано 19 марта 2014 года.

См. также

  • Репликация ДНК

Литература

  • James C. Wang (2009) Untangling the Double Helix. DNA Entanglement and the Action of the DNA Topoisomerases, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 2009. 245 pp. ISBN 9780879698799
  • Коничев А. С., Севастьянова Г. А. Молекулярная биология. — Издательский центр «Академия», 2012. — 400 с. — ISBN 978-5-7695-9147-1.


Автор: www.NiNa.Az

Дата публикации:

Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер

Topoizomera zy angl topoisomerase klass fermentov izomeraz kotorye vliyayut na topologiyu DNK Topoizomerazy sposobny relaksirovat sverhspiralizovannye molekuly DNK putyom vneseniya odno ili dvucepochechnyh razryvov s posleduyushim vosstanovleniem ligirovaniem Vmeste s tem v nekotoryh sluchayah topoizomerazy mogut vnosit v DNK otricatelnye supervitki ili katenany Princip dejstviya topoizomeraz II Vpervye topoizomerazy byli opisany professorom Garvardskogo universiteta Dzhejmsom Vongom Topoizomerazy oblegchaya raspletanie cepej DNK v dvojnoj spirali igrayut vazhnuyu rol v processah replikacii i transkripcii Pokazana rol topoizomeraz v obrazovanii petel hromatina vo vremya kondensacii hromosom Vstraivanie virusnoj DNK v hromosomy hozyaina i drugie formy rekombinacii takzhe trebuyut prisutstviya topoizomeraz KlassifikaciyaV zavisimosti ot mehanizma dejstviya topoizomerazy podrazdelyayut na topoizomerazy I tipa vnosyashie odnocepochechnye razryvy bez zatrat energii i topoizomerazy II tipa osushestvlyayushie vnesenie dvucepochechnyh razryvov s zatratoj ATF Osoboe mesto sredi topoizomeraz zanimaet DNK giraza harakternaya dlya kishechnoj palochki E coli V sleduyushej tablice perechisleny osnovnye osobennosti razlichnyh tipov topoizomeraz Topoizomerazy IA IB IIA IIB Neobhodimost ionov metallov Da Net Da Da Zavisimost ot ATF Net Net Da Da Razryv oc oc dc dc Konec prikrepleniya 5 3 5 5 Izmenenie chisla supervitkov 1 1 2 2 Topoizomerazy I Topoizomeraza I v komplekse s DNK angl KF 5 99 1 2 predstavlyayut soboj monomernye belki Oni relaksiruyut DNK vnosya odnocepochechnye razryvy bez zatrat ATF Mehanizm etogo takov Vnesenie odnocepochechnyh razryvov proishodit za schyot ostatka aminokisloty tirozina kotoryj osushestvlyaet nukleofilnuyu ataku fosfatnoj gruppy DNK obrazuya fosfotirozin Sam ferment pri etom svyazyvaetsya s vysvobodivshimsya 3 ili 5 koncom cepi V zavisimosti ot togo k kakomu koncu prisoedinyaetsya topoizomeraza vydelyayut topoizomerazy IA tipa svyazyvayushiesya s 5 koncom snimayut tolko otricatelnuyu superspiralizaciyu topoizomerazy IB tipa svyazyvayushiesya s 3 koncom snimayut kak polozhitelnuyu tak i otricatelnuyu superspiralizaciyu Takoj mehanizm dejstviya ne trebuet zatrat energii to est pri rabote topoizomeraz I tipa ATF ne rashoduetsya Chislo vitkov pri etom izmenyaetsya na 1 Pervaya topoizomeraza I tipa kak uzhe otmechalos byla vydelena v kletkah E coli V 1972 godu topoizomerazy etogo tipa byli obnaruzheny v kletkah mlekopitayushego vposledstvii v drozhzhevyh kletkah Topoizomerazy I tipa izvestny u arhej naprimer IA topoizomeraza termofilnoj arhei a takzhe u nekotoryh virusov naprimer virusa ospy Topoizomerazy II Topoizomeraza II angl KF 5 99 1 3 funkcioniruyut u prokariot v vide tetramerov u eukariot v vide dimerov Oni osushestvlyayut ATF zavisimoe rassheplenie obeih cepej DNK s posleduyushim perenosom cepej cherez razryv i ego ligirovaniem Razryv proishodit iz za svyazyvaniya tirozinov topoizomerazy s DNK s obrazovaniem dvuh 5 V obrazovavshijsya razryv prohodit drugaya dvucepochechnaya DNK Takim obrazom chislo polozhitelnyh ili otricatelnyh supervitkov izmenyaetsya na 2 a ne na 1 kak u topoizomeraz I Itak topoizomerazy II mogut katenirovat i dekatenirovat uzly DNK Otnosyashayasya k etomu tipu DNK giraza vnosit otricatelnye supervitki Topoizomerazy II kak i topoizomerazy I podrazdelyayut na 2 gruppy IIA i IIB Odnako analiz struktur topoizomeraz IA IIA i IIB vyyavil ih bolshoe strukturnoe shodstvo v chastnosti nalichie specialnogo folda dlya svyazyvaniya s ionami metallov Raznoobrazie topoizomeraz V sleduyushej tablice kratko harakterizovany topoizomerazy iz razlichnyh klassov vydelennye iz razlichnyh organizmov Topoizomeraza Tip Organizm Razmer kDa i stroenie subedinicy Osobennosti Bakterialnaya topoizomeraza I w belok IA Bakterii v t ch E coli 97 monomer Nesposobna relaksirovat polozhitelnye supervitki Eukarioticheskaya topoizomeraza I IB Eukarioty v t ch chelovek 91 monomer Mozhet relaksirovat kak polozhitelnye tak i otricatelnye supervitki Topoizomeraza I virusa korovej ospy IB Virus korovej ospy 37 monomer ATF stimuliruet aktivnost fermenta Topoizomeraza III IA Bakterii v t ch E coli 73 monomer Imeet silnuyu dekateniruyushuyu aktivnost Obratnaya giraza IA Termofilnye arhei v t ch 143 monomer Mozhet ATF zavisimo vnosit polozhitelnye supervitki v DNK DNK giraza IIA Bakterii v t ch E coli nekotorye nizshie eukarioty 97 i 99 A2B2 Mozhet ATF zavisimo vnosit otricatelnye supervitki v DNK T4 topoizomeraza IIA Fag T4 58 51 i 18 2 kopii kazhdoj subedinicy Relaksiruet DNK no ne superspiralizuet ATF zavisimo Eukarioticheskaya topoizomeraza II IIA Eukarioty v t ch chelovek 174 gomodimer Relaksiruet DNK no ne superspiralizuet ATF zavisimo Topoizomeraza IV IIA Bakterii v t ch E coli 84 i 70 C2E2 Relaksiruet DNK no ne superspiralizuet silnaya dekatenaza ATF zavisimaya Topoizomeraza VI IIB Arhei v t ch 45 i 60 A2B2 Relaksiruet DNK no ne superspiralizuet ATF zavisimo Medicinskoe znachenieObshie principy dejstviya angl Topoizomerazy igrayut vazhnuyu rol v processah rosta i deleniya kletki v svyazi s chem oni neredko yavlyayutsya mishenyami razlichnyh lekarstv angl Tak DNK giraza i blizkaya k nej topoizomeraza IV yavlyayutsya mishenyami dvuh osnovnyh grupp antibakterialnyh preparatov hinolonov i kumarinov Hinolony v tom chisle nalidiksovaya kislota i ciprofloksacin predpolozhitelno blokiruyut stadiyu razryva i ligirovaniya v rabote girazy Kumariny v ih chisle angl i angl dejstvuyut sovershenno inache oni blokiruyut gidroliz ATF girazoj Eukarioticheskie topoizomerazy takzhe yavlyayutsya mishenyami mnogih lekarstvennyh preparatov v chastnosti protivoopuholevyh Naprimer protivorakovyj preparat angl proizvodnye kotorogo shiroko ispolzuyutsya v protivorakovoj himioterapii dejstvuet na chelovecheskuyu topoizomerazu I podobno tomu kak hinolony dejstvuyut na girazu Krome togo chto topoizomerazy mogut byt mishenyami antibiotikov i protivoopuholevyh preparatov oni takzhe mogut vystupat kak misheni toksinov Tak bakterialnyj toksin Ssdb dejstvuet na girazu Ssdb predstavlyaet soboj nebolshoj belok massoj 11 7 kDa On vhodit v sostav toksin antitoksinovoj sistemy obrazuya kompleks s drugim belkom Ssda i igraet rol v stabilizacii F plazmidy E coli Utrata F plazmidy vedyot k utrate otnositelno nestabilnogo Ssda V rezultate Ssdb vysvobozhdaetsya blokiruet girazu i tem samym ubivaet hozyajskuyu kletku Izuchenie mehanizma dejstviya takih toksinov mozhet dat novye idei dlya razrabotki novyh ingibitorov girazy V sleduyushej tablice privedena informaciya po razlichnym ingibitoram topoizomeraz Ingibitor Topoizomeraza mishen Terapevticheskoe dejstvie Hinolony v t ch ciprofloksacin DNK giraza i topoizomeraza IV Effektivnye antibakterialnye sredstva Kumariny v t ch angl DNK giraza i topoizomeraza IV Antibiotiki no ne ispolzuyutsya shiroko angl v t ch topotekan Chelovecheskaya topoizomeraza I Protivorakovye preparaty angl mAMSA Chelovecheskaya topoizomeraza II Protivorakovye preparaty Podofillotoksiny v t ch tenipozid Chelovecheskaya topoizomeraza II Protivorakovye preparatyPrimechaniyaChampoux J J DNA topoisomerases structure function and mechanism angl angl journal 2001 Vol 70 P 369 413 doi 10 1146 annurev biochem 70 1 369 PMID 11395412 Konichev Sevastyanova 2012 s 99 Konichev Sevastyanova 2012 s 100 National Academy of Sciences NAS Award in Molecular Biology neopr National Academy of Science Data obrasheniya 7 yanvarya 2009 Arhivirovano iz originala 29 dekabrya 2010 goda Zhimulev I F Obshaya i molekulyarnaya genetika 1 Novosibirsk Izdatelstvo Novosibirskogo universiteta 2002 459 s 2000 ekz ISBN 5761505096 Arefev V A Lisovenko L A DNK relaksiruyushie fermenty Anglo russkij tolkovyj slovar geneticheskih terminov M Izd vo VNIRO 1995 ISBN 5 85382 132 6 D V Bugreev G A Nevinskij Struktura i mehanizm dejstviya topoizomeraz IA tipa Uspehi biologicheskoj himii 2009 T 49 S 129 158 Arhivirovano 21 marta 2014 goda Konichev Sevastyanova 2012 s 99 100 DNA topoisomerases neopr Data obrasheniya 19 marta 2014 Arhivirovano 19 marta 2014 goda Sm takzheReplikaciya DNKLiteraturaJames C Wang 2009 Untangling the Double Helix DNA Entanglement and the Action of the DNA Topoisomerases Cold Spring Harbor Laboratory Press Cold Spring Harbor NY 2009 245 pp ISBN 9780879698799 Konichev A S Sevastyanova G A Molekulyarnaya biologiya Izdatelskij centr Akademiya 2012 400 s ISBN 978 5 7695 9147 1 Eta statya vhodit v chislo dobrotnyh statej russkoyazychnogo razdela Vikipedii

Вер.