Back to chapter

6.10:

توبوايزوموريز الحمض النووى الريبوزى منزوع الاكسجين

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

فك الحلزون المزدوج للدى إن أيه خلال التضاعف ينتج عنه إلتفاف مفرط فى مناطق قبل شوكة التضاعف. بالإضافة إلى ذلك الالتفاف الفائق يحدث عندما يلتف ال دى إن أيه للخلف على نفسه بسبب عدم قدرة نهايات الدى إن إيه على الإلتفاف بحرية لتخفيف الضغط الالتوائي. 00:00:21.160 00:00:25.330 هذا الإلتواء يمنع مزيد من فك إلتفاف الدى إن أيه،فيوقف عمليات خلوية حيوية مثل تضاعف ال دى إن أيه 00:00:30.660 00:00:32.640 للتعامل مع مشكلة اللف هذه, الخلايا بها إنزيمات معروفة بإسم توبو أيزوميراز والتي لديها كلا النشاط نوكلياز ولايجاز 00:00:39.600 00:00:42.060 أى هؤلاء الانزيمات بشكل عكسي تكسر ثم تعيد ربط روابط الفوسفودياستر فى دى إن أيه لإزالة الالتواء في ال دى إن أيه فائق الإلتفاف.يقع توب أيزوميراز ضمن فئتين. النوع الأول هو التوبوأيزوميراز وهو غير معتمدة على أيه تى بى ويعمل عن طريق قطع رابطة بين النيوكليوتيدات على شريط منفرد من أشرطة دى إن أيه المزدوجة. شريط الدى إن أيه الغير منكسر يمر بعد ذلك من خلال الفجوة في الشريط المكسور إلى التجويف العلوي للإنزيم.أخيرًا يربط إنزيم اللايجاز الأطراف المكسورة لأشرطة الدى إن أيه 00:01:18.020 00:01:23.460 مرة أخرى معًا وينتج جزيء دى إن أيه مرتخى 00:01:23.460 00:01:26.520 النوع الثاني من التوب إيزوميراز من ناحية أخرى،معتمد على الأيه تى بي و يعمل على دى إن أيه فائق الإلتفاف. حيث ال دى إن أيه متشابك حول نفسه. 00:01:33.750 00:01:36.150 الانزيم يخلق كسر مزدوج فى الشريط المزدوج في حلقة واحدة من الحلزون المزدوج دى إن أيه.قبل مساعدة الحلقة الغير متقطعة لتمر خلال هذا الكسر عن طريق تفاعل معتمد على الايه تي بى. ثم باستخدام الطاقة من إيه تى بى ثانى, النوع الثاني توبوإيزوميراز يعيد تلصيق الأطراف المكسورة لأشرطة الدى إن أيه وأخيرا ينفصل عن الدى إن أيه, تاركا وراءه حلزون ال دى إن إيه مفكوك.

6.10:

توبوايزوموريز الحمض النووى الريبوزى منزوع الاكسجين

إن الإنزيمات توبوإيزوميراز هي إنزيمات تعمل على إرخاء جزيئات الحمض النووي التي تلتف حول الجرح أثناء العمليات الخلوية المختلفة، بما في ذلك تكرار الحمض النووي ونسخه. تنظم هذه الإنزيمات الالتفاف الفائق للحمض النووي الإيجابي والسلبي دون تغيير تسلسل النيوكليوتيدات. يؤدي انحلال الحمض النووي في اتجاه عقارب الساعة إلى تكوين الحمض النووي فائق الالتفاف بشكل إيجابي، بينما يؤدي الالتفاف في اتجاه عكس اتجاه عقارب الساعة إلى إنتاج حمض نووي فائق الالتفاف بشكل سلبي.

أنواع وآليات العمل

تنقسم التوبويزوميراز إلى نوعين رئيسيين. &#160؛ يعمل النوع الأول توبوإيزوميراز على خيط واحد من DNA مزدوج الشريطة، وينقسم إلى ثلاث فئات: IA و IB و IC.&# 160؛ يشكل النوع IA رابطة تساهمية بالنهاية 5&#39؛ حبلا الحمض النووي المشقوق ويزيل السوبر سالبة. إنه يخلق اختراقاً أحادياً يمكن للخيط المعاكس أن يمر به، مما ينتج عنه جزيء DNA غير متشابك محلياً. يشكل النوع IB رابطة تساهمية مع النهاية 3&#39؛ للخيط الحمض النووي المكسور ويمكنه استرخاء الحمض النووي فائق الالتفاف إيجاباً وسلباً. يقوم الإنزيم بتدوير الشريط المفرد المقطوع حول الخيط المقابل، مما يؤدي إلى لف الحمض النووي في هذه العملية. &#160؛ يوجد النوع IC بشكل أساسي في العتائق وله آلية مماثلة للنوع IB.&#160؛ لا تتطلب معظم الأيزوميراز العلوي من النوع الأول ATP لإرخاء الحمض النووي الفائق الالتفاف. &#160؛ باستثناء الجيروسكوب العكسي، يتطلب هذا النوع الفريد من النوع IA العلوي إيزوميراز ATP ويولد لفائف الحمض النووي الفائقة الإيجابية بدلاً من فكها.

إنزيمات الإيزوميراز من النوع الثاني عبارة عن إنزيمات تعتمد على ATP وتقطع كلاً من خيوط اللولب المزدوج للحمض النووي. وهي مقسمة إلى نوعين فرعيين ، النوع IIA والنوع IIB. تتميز هذه الأنواع الفرعية ببنيتها ومواقع مجالات البروتين الخاصة بها. كلا النوعين الفرعيين لهما آليات متشابهة ؛ ينقلون حلقة من الحمض النووي فائق الالتواء السليم عبر الشريط المزدوج المكسور، وبالتالي يفك تشابك الملف بواسطة حلقة واحدة. يمكن للجيرايز البكتيري، الذي ينتمي إلى النوع IIA توبوإيزوميراز، إدخال الالتفاف الفائق السلبي في الحمض النووي، وبالتالي فهو يختلف عن جميع أنواع التوبويزوميراز المعروفة الأخرى. &#160؛ &#160؛

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.