Фермент топоизомераза I - Институт фундаментальной

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