Федеральное государственное автономное учреждение Высшее профессиональное образование Сибирский Федеральный Университет Институт фундаментальной биологии и биотехнологии Фермент топоизомераза I Карпенок Полина Александровна Студент 4 курса ИФБиБТ СФУ Красноярск 2014 Топоизомеразы - ферменты, способные менять топологическое состояние кольцевых ДНК путем создания временного однонитевого или двунитевого разрыва в молекуле ДНК. • Топоизомеразы, облегчая расплетание цепей ДНК в двойной спирали, играют важную роль в процессах репликации и транскрипции. •Значима роль топоизомераз в образовании петель хроматина во время конденсации хромосом. Топоизомераза I • Масса 97 кДа •Масса N-концевого домена 67 кДа •ДНК-топоизомеразы I являются мономерными белками, релаксируют ДНК без затраты энергии путем внесения одноцепочечных разрывов. •Прокариотические клетки способны вызывать релаксацию отрицательно, а из эукариотические -положительно, сверхспирализованной кольцевой замкнутой ДНК. http://www.inbi.ras.ru/ubkh/49/Bugreev.pdf Структура топоизомеразы I • Расположение активного центра определяется по наличию каталитического Tyr319 (домен III) • Tyr319 взаимодействует с рядом консервативных аминокислотных остатков, образуя при этом обширную сеть водородных связей с участием молекул воды и солевых мостиков Пространственное расположение различных остатков аминокислот в структуре ДНК-топоизомеразы http://www.inbi.ras.ru/ubkh/49/Bugreev.pdf Каталитический механизм •Каталитическая реакция, включает в себя две следующие друг за другом реакции трансэтерификации. • На первой стадииОН-группа остатка тирозина активного центра фермента атакует межнуклеозидную фосфатную группу, образуя ковалентную тирозин-фосфатную связь с одним из концов расщепленной ДНК. • Вторая реакция заключается в религировании цепи ДНК и освобождении фермента из ковалентного комплекса с ДНК Общий механизм действия ДНК-топоизомераз: релаксация ферментом сверхспирализованной ДНК. Конформационные перестройки топоизомеразы I •Topo I может существовать в виде двух возможных конформаций: «закрытой и в «открытой» •Возможность topo I принимать более одной конформации чрезвычайно важна для осуществления механизма узнавания ДНК и манипуляции ее цепями. http://www.inbi.ras.ru/ubkh/49/Bugreev.pdf Cтадия релаксации ДНК путем пропускания нерасщепляемой цепи ДНК через разрыв •Исходя из возможности существования у фермента, по крайней мере, двух конформационных состояний наиболее наглядно механизм можно представить на примере реакции сцепления/расцепления. Механизм реакции разъединения двух кольцевых молекул ДНК http://www.inbi.ras.ru/ubkh/49/Bugreev.pdf • Кофакторы: Два иона Mg2+ на субъединицу. Ионы магния образуют солевые мостики как с белком и ДНК. Может также принимать другие двухвалентные катионы металлов, таких как Mn2+ и Ca2+ • pH оптимум от 7.4 до 8.6 •Температурный оптиму от 20 С до 37 С Структура эукариот топоизомеразы ДНК I Внешняя структура эукариот топоизомеразы ДНК I Доменная структура эукариот топоизомеразы ДНК I 1. UniProt database: http://www.uniprot.org/uniprot/Q16678 2. Protein database: http://www.rcsb.org/ 3. Brenda : http://www.brenda-enzymes.info