Back to chapter

6.10:

DNA Topoizomeraz

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
DNA Topoisomerases

Languages

Share

Replikasyon sırasında DNA çift sarmalının çözülmesi, replikasyon çatalı öncesindeki bölgelerde aşırı sarılmaya neden olur. Ek olarak, DNA uçlarının burulma stresini giderecek şekilde serbestçe dönememesi nedeniyle DNA kendi üstüne büküldüğünde, aşırı sarılma oluşabilir. Bu bükülme, DNA’nın sarımlarının açılmasını engelleyerek DNA replikasyonu gibi hayati hücre süreçlerini geciktirir.Bu sarılma sorunuyla başa çıkmak için, hücrelerde hem nükleaz hem de ligaz aktivitesine sahip, topoizomerazlar olarak bilinen enzimler mevcuttur. Yani, aşırı sarılmış DNA’daki burulma gerilimini gidermek için bu enzimler, DNA’daki fosfodiester bağlarını geri dönüşümlü şekilde kırar ve daha sonra yeniden bağlar. Topoizomerazlar iki kategoriye ayrılır.Tip I topoizomerazlar ATP’ye bağımlı değildir ve çift zincirli DNA’nın tek bir zinciri üzerindeki nükleotitler arasındaki bir bağı keserek etki eder. Kırılmamış DNA zinciri daha sonra kırık zincirdeki boşluktan enzimin üst kovuğuna geçirilir. Son olarak, enzim, DNA zincirlerinin kırık uçlarını tekrar bir araya getirerek lokal olarak normal düzeyde sarımlı bir DNA molekülü üretir.Tip II topoizomerazlar ise ATP’ye bağımlıdır ve aşırı sarılmış DNA’nın birbirine dolaştığı yerlerine etki eder. Enzim, DNA çift sarmalının bir halkasında bir çift zincir kırılması oluşturarak, kırılmamış halkanın ATP’ye bağımlı bir reaksiyon yoluyla bu kırıktan geçmesine yardımcı olur. Daha sonra tip II topoizomeraz, ikinci bir ATP’den gelen enerjiyi kullanarak, DNA zincirlerinin kırık uçlarını yeniden birleştirir ve sonunda DNA’dan ayrılarak geride artık dolanık olmayan bir DNA sarmalı bırakır.

6.10:

DNA Topoizomeraz

Topoizomerazlar, DNA replikasyonu ve transkripsiyon dahil olmak üzere çeşitli hücre işlemleri sırasında aşırı sarılmış DNA moleküllerini gevşeten enzimlerdir. Bu enzimler, nükleotid dizisini değiştirmeden pozitif ve negatif DNA süper sargısını düzenler. DNA'nın saat yönünde aşırı rüzgara kaptırılması pozitif olarak aşırı sarmalanmış DNA ile sonuçlanırken, saat yönünün tersine doğru rüzgar negatif olarak aşırı gerilmiş DNA üretir.

Aksiyon türleri ve mekanizması

Topoisomerazlar iki ana tipe ayrılır.  Tip I Topoisomerazes çift iplikli DNA'nın bir teli üzerinde hareket eder ve ayrıca üç kategoriye ayrılır: IA, IB ve IC.  Tip IA, bölünmüş DNA ipliğinin 5' ucu ile kovalent bir bağ oluşturur ve negatif süpercoilleri giderir. Karşıt ipliğin geçebileceği tek iplikli bir atılım yaratır, bu da lokal olarak çözülmemiş bir DNA molekülü ile sonuçlanır. Tip IB, kırık DNA ipliğinin 3' ucu ile kovalent bir bağ oluşturur ve hem pozitif hem de negatif olarak aşırı sarılmış DNA'yı rahatlatabilir. Enzim, kesilmiş tek ipliği karşı iplikçik etrafında döndürür ve işlem sırasında DNA'yı çözer.  Tip IC esas olarak arkea'da bulunur ve tip IB ile benzer bir mekanizmaya sahiptir.  Çoğu Tip I topoizomeraz, ATP'nin aşırı soğutulmuş DNA'yı gevşetmesini gerektirmez. Ters giraz hariç, bu eşsiz tip IA topoizomeraz ATP gerektirir ve bunları çözmek yerine pozitif DNA süper sargıları üretir.

Tip II topoizomerazlar, bir DNA çift sarmalının her iki ipliğini kesen ATP'ye bağımlı enzimlerdir. Bunlar iki alt tipe ayrılır:, tip IIA ve tip IIB. Bu alt tipler, yapıları ve protein alanlarının yerleri ile ayırt edilir. Her iki alt tip de benzer mekanizmalara sahiptir; bozulmamış süper sarılmış DNA'nın bir döngüsünü kırık çift iplikçikten geçirirler, böylece bobini bir döngü ile çözerler. Tip IIA topoizomerazlarına ait olan bakteriyel giraz, DNA'da negatif süper sargı oluşturabilir ve bu nedenle bilinen diğer tüm topoizomerazlardan farklıdır.  

Suggested Reading

  1. Deweese, Joseph E., Michael A. Osheroff, and Neil Osheroff. "DNA topology and topoisomerases: teaching a “knotty” subject." Biochemistry and Molecular Biology Education 37, no. 1 (2009): 2-10.
  2. Baker, Nicole M., Rakhi Rajan, and Alfonso Mondragon. "Structural studies of type I topoisomerases." Nucleic Acids Research 37, no. 3 (2008): 693-701.
  3. Pommier, Yves, Elisabetta Leo, HongLiang Zhang, and Christophe Marchand. "DNA Topoisomerases and Their Poisoning by Anticancer and Antibacterial Drugs." Chemistry & Biology 17, no. 5 (2010): 421-433.
  4. Bush, Natassja G., Monica Agarwal, Sara R. Henderson, Nidda F. Waraich, and Anthony Maxwell. "DNA in a twist? How topoisomerases solve topological problems in DNA." The Biochemist 40 (2018): 26-31.
  5. Li, Zhiyu, Alfonso Mondragón, and Russell J. DiGate. "The mechanism of type IA topoisomerase-mediated DNA topological transformations." Molecular Cell 7, no. 2 (2001): 301-307.