ДНК-топоизомераза типа

Рис. 32.5. Топоизомеразы типа II способны протягивать двухцепочечную ДНК через двухцепочечный разрез на другой дуплексной молекуле ДНК.

Рис. 32.2. Бактериальные топоизомеразы типа I узнают частично расплетенные сегменты ДНК и протягивают одну цепь через разрез, сделанный в другой цепи.

В последнее время появились данные, свидетельствующие о том, что и работа топоизомераз типа I также идет путем образования разрывов и протаскивания нити через образовавшуюся щель. Только, в отличие от топоизомераз типа II, топоизомеразы-1 проделывают этот трюк не с двойной спиралью, а с однонитевой ДНК, так что, по-видимому, узлы в однонитевой ДНК завязываются топоизомеразой-1 точно так же, как узлы в двунитевой молекуле — топоизомеразой-11. [c.118]

Рис. 32.4. Топоизомеразы типа I способны протягивать двухцепочечную ДНК через интактную отдельную цепь напротив разреза в другой двухцепочечной ДНК.

Формально топоизомеразы типа I эукариот имеют похожие свойства, однако они способны релаксировать как положительные, так и отрицательные суперспирали. [c.412]

Топоизомеразы типа II были охарактеризованы как у прокариот, так и у эукариот. Большинство из них релаксирует как отрицательные, так и положительные суперспирали. (Реакция АТР-зависима.) Вероятно, для каждого каталитического события гидролизуется одна единица АТР. Реакция осуществляется посредством двухцепочечного разреза в одной области двухцепочечной ДНК и продевания другой дуплексной области через пробел. Эта реакция показана на рис. 32.5. Формальным следствием двухцепочечного переноса является изменение [c.412]

ТОПОИЗОМЕРАЗА. Фермент, изменяющий число зацеплений в ДНК (топоизомеразы типа I изменяют число зацеплений последовательно на единицу топоизомеразы типа П изменяют число зацеплений последовательно на два). [c.527]

Существуют различные типы ДНК-топоизомераз. Топоизомераза типа I разрывает только одиу из двух цепей двойной спирали ДНК, что дает возможность двум участкам ДНК но обе стороны от разрыва [c.297]

Сборка аминокислотной последовательности фрагмента 67, по-видимому, начинается с N-концевого домена I, состоящего из непрерывного полипептидного участка (рис. 1.30). Затем, вместо того, чтобы сразу направиться к домену II, цепь следует к домену IV и только потом идет к II, завершив, однако, образование IV лишь на одну треть. Далее, поучаствовав и здесь в построении только одной половины домена II, цепь переходит к домену III. По завершении его организации она вновь возвращается сначала к домену II, а затем к IV, заканчивая их построение. При описанном ходе аминокислотной последовательности все взаимодействия домена III с доменами I и IV ограничены невалентными контактами (рис. 1.28, 1.30). Ковалентно связанные между собой домены II, III, полипептидная цепь которых не переплетается с цепью других доменов, могут перемещаться как твердое тело относительно остальной части белка. Такая структурная организация молекулы фермента с двумя формами тора (открытой и закрытой) имеет, по мнению авторов, решающее значение для реализации функции ДНК-топоизомеразы типа I, так как перемещение доменов II и III открывает доступ к активному центру как одноцепочечной, так и двухцепочечной ДНК [426]. [c.115]

Рис. 1.28. Ленточная диаграмма трехмерной структуры N-концевого фрагмента ДНК-топоизомеразы типа 1 [426]

Рис. 1.29. Активный центр ДНК-топоизомеразы типа 1, образованный доменами I и Ш

Рис. 5-53. Пример реакции разделения двух сцепленных кольцевых молекул ДНК, катализируемой ДНК-топоизомеразой типа П. Действие этих ф ерментов (в отличие от реакций, катализируемых ДНК-топоизомеразами типа I) сопряжено с гидролизом АТР и некоторые из них способны сообщать спирали ДНК дополнительное напряжение. ДНК-топоизомеразы типа П обнаруживаются и у прокариот, и у эукариот, по всей

Топоизомеразы типа II катализируют размыкание двух [c.84]

Такой тип движения позволяет точке обмена в рекомбинационной промежуточной структуре перемещаться в любом направлении. Чтобы в естественных условиях поддерживалось образование протяженных областей гетеро дуплексной ДНК (более 1000 пар оснований), скорость миграции ветви должна быть, по-видимому, достаточно высокой. При вовлечении в реакцию двухцепочечных молекул могут оказаться необходимыми топологические перестройки либо спираль ДНК должна иметь возможность свободно вращаться, либо с помощью топоизомеразы должны сниматься топологические ограничения. [c.445]

Рис. 29. Три топологические реакции , катализируемые топоизомеразой типа II. а) Измеие-н ле числа витков сверхспирали = =с2) б) развязывание и завязывание узлов в) расщепление и образование катенанов.

Наиболее полно охарактеризована топоизомераза типа I из Е. соИ (первоначально названная белком ш). Этот фермент эффективно релаксирует ДНК, отрицательно суперспирализованную в высокой степени. Скорость процесса замедляется по мере приближения числа зацеплений к значению, характерному для полностью релаксированной ДНК. Фермент не действует на положительно суперспирализованную ДНК. Он кодируется геном top мутации в нем вызывают увеличение уровня суперспирализации в нуклеоиде (и могут оказывать влияние на транскрипцию, как описано в гл. 11). [c.411]

Рис. 32.3. Реакция одноцепочечного перемещения, осуществляемая топоизомеразами типа I, может способствовать ренатурации комплементарных колец одноцепочечной ДНК, заузлива-нию одноцепочечных ДНК и сцеплению кольцевых (разрезанных) дуплексных молекул ДНК.

В эукариотических клетках ДНК-гираза не обнаружена, а эукариотические ДНК топоизомеразы типов 1 и 11 снимают напряжение, вызванное суперспирализацией. а не усиливают его (см. разд. 5.3.10). Вот почему большая часть ДНК в эукариотических клетках не напряжена. Тем не менее при инициации транскрипции ДНК происходит раскручивание спирали (см. рис. 9-65). Более того, продвижение молекулы РНК-полимеразы (а также других белков) вдоль ДНК приводит к появлению в ее молекуле положительного напряжения перед ферментом и отрицательного за ним (рис. 10-42). Вследствие подобного топологического изменения, событие, происшедшее в единственном сайте ДНК, может привести к возникновению сил, действующих по всей петле хроматина. Остается неясным, приводит ли подобное воздействие к запуску дальнейших событий, что было бы необходимо, если бы топологические изменения действительно имели отношение к контролю экспрессии у эукариотических генов. [c.214]

ДНК-топоизомераза типа I расщепляет фосфодиэфирную связь в одной из цепей ДНК и ковалентно присоединяется, как правило, посредством боковой цепи тирозина к образовавшемуся свободному 5 -кон-цу. Обрыв цепи дает возможность двум половинам двойной спирали свободно вращаться вокруг фосфодиэфирной связи, находящейся напротив разрыва, и тем самым снимать накопившееся напряжение. Ковалентная связь белок-ДНК высокоэнергетична, а поэтому реакция ферментативного гидролиза фосфодиэфирной связи обратима и не требует участия АТР. После снятия напряжения разорванные концы цепи ДНК соединяются вновь. Таким образом, по своей функции ДНК-топоизомераза представляет собой нечто вроде "обратимой нуклеазы" или "обратимой ДНК-полимеразы". Впервые ДНК-топоизомераза была выделена из клеток Е. соИ Дж. Уангом в 1971 г. [419]. До сих пор она остается наиболее широко изученным ферментом подсемейства ДНК- [c.113]

ДНК-топоизомераза I металлофермент, С-концевой фрагмент которого содержит три атома Zn(II) и три участка с двумя дисульфидными связями [427]. Каталитическая реакция расщепления нуклеотидной цепи ДНК включает трансэтерификацию между фосфодиэфирной связью субстрата и боковой цепью Туг-319 фермента [428]. В этой реакции не участвует С-концевой фрагмент белка с дисульфидными связями. Что касается атомов цинка, то они также не оказывают влияния на стадию расщепления фосфодиэфирной связи, однако необходимы для замыкания разорванной цепи после релаксации ДНК [429]. Поэтому исследованный в работе [426] фрагмент с молекулярной массой 67 кДа ДНК-топоизомеразы типа I может катализировать расщепление единичной нуклеотидной цепи, но не в состоянии восстановить целостность суперспирали ДНК. Его субстратная специфичность и кинетические характеристики такие же, как у нативного белка или белка, лишенного цинка [429,430]. [c.114]

Рис. 1.30. Ход полипептидной цепи N-концевого фрагмеота ДНК-топоизомеразы типа I

Одна из них касается каталитически наиболее важного остатка Туг-319. Он принадлежит домену III и расположен рядом с субстратсвязывающей цепью. В нативном ферменте Туг-319 помещается в узкой расщелине между доменами I, III и экранирован от контактов с внешней средой белковой цепью Arg-321, образующей солевой мостик одновременно с боковыми цепями Asp-113 и Glu-115. Переход от закрытой формы молекулы к открытой не только делает возможным проникновение ДНК во внутреннюю часть тора, но и выводит остаток Туг-319 на поверхность, предоставляя ему условия для сближения с нуклеотидной цепью субстрата и атаки на фосфодиэфирную связь. Перемещение доменов II, III как целое стимулируется невалентными взаимодействиями белок-ДНК, поскольку такой кофактор, как АТР, в данном случае отсутствует. Это обстоятельство отличает ДНК-топоизомеразы типа I от типа II, катализ которых также связан с конформационными изменениями, требующими, однако, участия АТР. [c.117]

Трехмерная структура -галактозидазы Е. oli с разрешением 2,5 А была недавно исследована Р. Джекобсоном и соавт. [435]. Рентгеноструктурный анализ показал, что аминокислотная последовательность белка из 1023 остатков имеет N-концевой а-пептидный участок 1-51 вытянутой формы и пять структурно автономных доменов 51-217 (I), 220-334 (II), 334-627 (III), 627-736 (IV) и 736-1023 (V). В отличие от ДНК-топоизомеразы типа I, где полипептидная цепь переходит от одного незавершенного домена к другому и, не закончив его построения, направляется к третьему и т.д. (рис. 1.30), у -галактозидазы цепь проходит от N-конца молекулы к ее С-концу через все домены строго последовательно. Тем самым облегчается сборка длинной полипептидной цепи белка, поскольку при модульной структурной организации нативного фермента каждый домен может действовать как независимая свертывающаяся субъединица. [c.119]

Топоизомераза типа И ковалентно связывается с обеими цепями двойной спирали ДНК и вноситв нее на время двухцепочечный разрыв. Ферменты этого типа активируются под действием тех участков на хромосомах, где перекрестились спирали. Присоединившись к такому перекресту, топоизомераза 1) обратимо разрывает одну из двух двойных спиралей, создавая тем самым для другой своего рода ворота , 2) вынуждает вторую двойную спираль пройти через этот разрыв и 3) сшивает обе разорванные цепи, а затем отделяется от Д Е1К. Действуя подобным образом, топоизомеразы типа П очень быстро разделяют две сцепленные кольцевые молекулы ДНК (рис. 5-53). Точно так же предотвращают они и спутывание молекул ДНК, которое в противном случае неизбежно создавало бы при репликации серьезную проблему. Известны температурочувствительные мутанты дрожжей, вырабатывающие топоизомеразу И, которая при 37°С инактивируется. Если нагреть эти дрожжевые клетки до такой температуры, то их хромосомы в процессе митоза остаются спутанными и не могут разойтись. Насколько необходим для распутывания хромосом такой инструмент , как топоизомераза П, поймет каждый, кто хоть раз пытался распутать безнадежно запутавшуюся леску, не имея под рукой ножниц. [c.299]

В различных организмах ицентифицированы топоизомеразы двух основных типов. Одни ферменты, называемые топоизомеразами типа I, уменьшают число сверхвитков в ДНК на единицу за один акт. Эти топоизомеразы надрезают одну из двух цепей, в результате чего фланкирующие дуплексные области могут повернуться вокруг интактной цепи, и затем воссоединяют концы разрезанной цепи (рис. 2.24). Эта реакция не требует энергии АТР, поскольку энергия фосфодиэфирной связи сохраняется благодаря тому, что тирозиновый остаток в молекуле фермента выступает то в роли акцептора, то в роли донора фосфор ИЛЬИ ого конца разре- [c.83]

До.менная организация хроматина, как уже говорилось, проявляется на уровне метафазных хромосом. Если обработать мета-фазную хромосому при высокой концентрации Na l, удаляющей гистоны, то происходит ее деконденсация и ДНК отделяется ог остова метафазной хро.мосомы в виде большого количества петель (рис. 129). Для сохранения структуры эукариотических хромосом совершенно необходимы ионы Са (и, возможно, Си- ). Остов-сохраняет общую форму метафазной хромосомы и состоит главным образом из полипептидов двух типов. Один из них, по-видимоМу, топоизомераза П. Если окрасить метафазные хромосомы антителами к топоизомеразе И, выяв тяется структура, очень сходная с остовом, видимым при удалении гистонов. Начало и конец каждой Пстли ДНК в таких распушенных метафазных хромосомах локализуются в одном и том же-месте остова. Размер одной петли для млекопитающих составляет в среднем обычно 40—50 т. п. н. [c.246]

Топоизомеразы типов I и Нснимаютсверхвитки, образующиеся при репликации кольцевой ДНК. [c.84]

Топоизомеразы типа Н устраняют как отрицательные, так и положительные сверхвитки. В отличие от ферментов типа I топоизомеразы типа Н вносят временные разрывы в обе комплементарные гвпи, пропускают двухцепочечный сегмент той же самой или другой молекулы ДНК через разрыв, а затем соединяют разорванные концы (рис. 2.25). Топоизомеразы типа Н тоже используют тирози-новые остатки (присутствующие по одному в каждой из субъединиц ферментов) для связывания З -конца каждой разорванной цепи в то время, когда другой дуплекс проходит через место разрыва. В результате внесения двухцепочечного разрыва и прохождения через него другого дуплекса за один акт снимаются два отрицательных или положительных сверхвитка. В некоторых случаях дуплексом, про- [c.84]

Механизм передачи ДНК из клетки в клетку состоит в том, что специальный белок узнает определенную последовательность, имеющуюся у трансмиссивных и мобилизуемых плазмид и называемую ориджином переноса, вносит в эту последовательность одноцепочечный разрыв и ковалентно связывается с его 5 -концом. Затем цепь ДНК, с которой связан белок, переносится в клетку-реципиент, а неразорванная комплементарная цепь остается в клетке-доноре. Весь этот процесс осуществляют белки, кодируемые га-генами трансмиссивной плазмиды, в частности один из этих генов кодирует специальную хеликазу, которая в АТР-зависимой реакции разделяет переносимую в реципиент и остающуюся в доноре цепи ДНК. Клеточный аппарат синтеза ДНК достраивает одиночные цепи и в доноре и в реципиенте до дуплексов. Белок, сидящий на 5 -конце перенесенной цепи, видимо, способствует замыканию плазмиды в реципиентной клетке в кольцо (таким образо.м, этот белок напоминает по свойствам топоизомеразы 1-го типа и родственные ферменты, например А-белок фага ФХ174 см. гл. ХП1/. [c.111]

Взаимозакрученность двух матричных цепей в кольцевых молекулах ДНК часто приводит к образованию в результате репликации зацепленных друг за друга дочерних молекул (катенанов). Расцепить катенаны способна топоизомераза второго типа (см. гл. 1)1 [c.59]

В настоящее время наиболее вероятной представляется такая последовательность событий, ведущих к включению вирус-специфической ДНК ретровирусов в клеточную хромосому (рис. 161). После образования кольцевой молекулы в месте стыка двух LTR возникает короткий несовершенный инвертированный повтор. Этот повтор выполняет функцию att, т. е. специфического участка интеграции. Участок att узнается вирус-специфическим с рментом, обладающим эндонуклеазной активностью — одним из продуктов гена poU который попадает в клетку из заражающей вирусной частицы. Фермент вносит в обе цепочки молекулы вирус-специфической ДНК разрывы на расстоянии 4 нуклеотидов друг от друга. Этот же фермент вносит ступенчатый разрыв (на расстоянии 4—6 нуклеотидов) и в клеточную ДНК- Положение разрыва в клеточной ДНК не фиксировано. Далее происходит интеграция вирусной ДНК в хозяйскую хромосому. Предполагают, что механизм интеграции напоминает тот, который реализуется в фаговых системах, прежде всего у фага Ми (см. раздел 1 этой главы), т. е. разрывы цепей ДНК и воссоединение гетерологичных нуклеотидных последовательностей осуществляет один и тот же фермент — особая топоизомераза (интеграза). Процессы типа репарационных (застраивание брешей и удаление одноцепочечных хвостов ) приводит к двум последствиям во- [c.312]

Реакция, вероятно, включает неспецифическое узнавание дуплексной ДНК, в результате которого фермент присоединяется к любым двум двухцепочечным пересекающимся сегментам. Гидролиз АТР вызывает конформационные изменения фермента, которые обеспечивают энергию, необходимую для протягивания одной дуплексной ДНК через пробел, сделанный во второй. Благодаря топологии суперспирализованной ДНК взаимоотношение пересекающихся сегментов должно быть таким, чтобы снималась суперспирализация как в положительно, так и отрицательно суперспирализованных кольцах. Наиболее охарактеризованным ферментом этого типа является топоизомераза II фага Т4, которая кодируется тремя генами ее активность оказывается существенной для репликации фаговой ДНК. [c.412]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология