topoizomerazele Acestea sunt un tip de enzime izomerazice care modifică topologia acidului dezoxiribonucleic (ADN), generând atât desfacerea acestuia, cât și înfășurarea și supraîncărcarea acestuia.
Aceste enzime au un rol specific în ameliorarea stresului torsional din ADN, astfel încât pot apărea procese importante, cum ar fi replicarea, transcrierea ADN-ului în acid ribonucleic mesager (ARNm) și recombinarea ADN-ului..
Enzimele topoisomerazice sunt prezente atât în celulele eucariote, cât și în celulele procariote. Existența sa a fost prezisă de oamenii de știință Watson și Crick, atunci când au evaluat limitările pe care structura ADN le-a prezentat pentru a permite accesul la informațiile sale (stocate în secvența sa de nucleotide).
Pentru a înțelege funcțiile topoizomerazelor, ADN-ul trebuie considerat a avea o structură stabilă cu dublă helică, cu firele sale înfășurate una peste alta..
Aceste lanțuri liniare sunt alcătuite din 2-dezoxiriboză legată de legături fosfodiester 5'-3 'și baze azotate în interiorul lor, ca treptele unei scări în spirală..
Studiul topologic al moleculelor de ADN a arătat că acestea pot presupune diverse conformații dependente de stresul lor torsional: de la o stare relaxată la diferite stări de înfășurare care permit compactarea lor..
Moleculele ADN cu diferite conformații sunt numite topoizomerii. Astfel, putem concluziona că topoizomerazele I și II pot crește sau micșora stresul torsional al moleculelor de ADN, formând topoizomerii lor diferiți..
Dintre topoizomerii ADN posibili, cea mai frecventă conformație este super-bobina, care este foarte compactă. Cu toate acestea, dubla helix a ADN-ului trebuie, de asemenea, derulată de topoizomeraze în timpul diferitelor procese moleculare..
Indice articol
Unele topoizomerazele pot relaxa doar super-bobine negative de ADN sau ambele super-bobine de ADN: pozitive și negative.
Dacă ADN-ul dublu catenar circular se desfășoară pe axa sa longitudinală și se produce un viraj stânga (în sensul acelor de ceasornic), se spune că este supraînfășurat negativ. Dacă virajul este în sensul acelor de ceasornic (în sens invers acelor de ceasornic), acesta este suprasolicitat pozitiv.
Practic, topoizomerazele pot:
-Facilitați trecerea unui fir ADN printr-o tăietură în firul opus (topoizomerază tip I).
-Facilitați trecerea unei helice duble complete printr-un decolteu în sine sau printr-un decolteu într-o helică dublă diferită (topoizomeraza de tip II).
În rezumat, topoizomerazele acționează prin scindarea legăturilor fosfodiester, într-una sau ambele fire care alcătuiesc ADN-ul. Apoi modifică starea de înfășurare a firelor unei spirale duble (topoizomeraza I) sau a două spirale duble (topoizomeraza II), pentru a lega în cele din urmă sau a lega din nou capetele despicate.
Deși topoizomeraza I este o enzimă care prezintă o activitate mai mare în timpul fazei S (sinteza ADN-ului), nu se consideră că este dependentă de o fază a ciclului celular.
Întrucât activitatea topoizomerazei II este cea mai activă în timpul fazei logaritmice a creșterii celulare și în celulele tumorilor cu creștere rapidă.
Modificarea genelor care codifică topoizomerazele este letală pentru celule, demonstrând importanța acestor enzime. Printre procesele la care participă topoizomerazele se numără:
Topoizomerazele facilitează stocarea informațiilor genetice într-un mod compact, datorită faptului că generează înfășurarea și supraînfășurarea ADN-ului, permițând găsirea unei cantități mari de informații într-un volum relativ mic.
Fără topoizomeraze și caracteristicile lor unice, accesul la informațiile stocate în ADN ar fi imposibil. Acest lucru se datorează faptului că topoizomerazele eliberează periodic stresul de torsiune generat în dubla helică a ADN-ului, în timpul derulării sale, în procesele de replicare, transcripție și recombinare..
Dacă stresul torsional generat în timpul acestor procese nu este eliberat, ar putea apărea o expresie genică defectă, întreruperea ADN-ului circular sau a cromozomului, producând chiar moartea celulară.
Modificările conformaționale (în structura tridimensională) ale moleculei de ADN expun regiuni specifice către exterior, care pot interacționa cu proteinele care leagă ADN-ul. Aceste proteine au o funcție de reglare a expresiei genelor (pozitive sau negative).
Astfel, starea de înfășurare a ADN-ului, generată de acțiunea topoizomerazelor, afectează reglarea expresiei genelor.
Topoisomeraza II este necesară pentru asamblarea cromatidelor, condensarea și decondensarea cromozomilor și segregarea moleculelor de ADN fiice în timpul mitozei..
Această enzimă este, de asemenea, o proteină structurală și unul dintre principalii constituenți ai matricei nucleului celular în timpul interfazei..
Există două tipuri principale de topoizomeraze, în funcție de faptul că sunt capabile să scindeze una sau două fire de ADN.
Topoizomerazele de tip I sunt monomeri care ameliorează super-bobinele negative și pozitive, care sunt produse prin mișcarea acului de păr în timpul transcrierii și în timpul proceselor de replicare și recombinare a genelor..
Topoizomerazele de tip I pot fi împărțite în tipul 1A și tipul 1B. Acestea din urmă sunt cele găsite la oameni și sunt responsabile de relaxarea ADN-ului supraînfășurat.
Topoisomeraza 1B (Top1B) este alcătuită din 765 aminoacizi împărțiți în 4 domenii specifice. Unul dintre aceste domenii are o zonă foarte conservată care conține situl activ cu tirozină (Tyr7233). Toate topoizomerazele prezintă în situsul lor activ o tirozină cu rol fundamental în întregul proces catalitic.
Tirosina sitului activ formează o legătură covalentă cu capătul 3'-fosfat al catenei ADN, tăind-o și menținând-o atașată la enzimă, în timp ce trece o altă catena ADN prin clivaj.
Trecerea celeilalte catene de ADN prin catena divizată se realizează grație unei transformări conformaționale a enzimei, care produce deschiderea dublei spirale ADN..
Apoi topoizomeraza I revine la conformația sa inițială și leagă din nou capetele clivate. Acest lucru se întâmplă printr-un proces invers la descompunerea lanțului ADN, la locul catalitic al enzimei. În cele din urmă, topoizomeraza eliberează firul ADN.
Rata de ligare a ADN-ului este mai mare decât rata de excizie, asigurând astfel stabilitatea moleculei și integritatea genomului..
Pe scurt, topoizomeraza de tip I catalizează:
Topoizomerazele de tip II sunt enzime dimerice, care scindează ambele fire ADN, relaxând astfel super-bobinele care sunt generate în timpul transcrierii și a altor procese celulare.
Aceste enzime au nevoie de magneziu (Mg++) și au nevoie, de asemenea, de energia care provine din defalcarea legăturii trifosfat ATP, de care profită datorită unei ATPaze.
Topoizomerazele umane II sunt foarte asemănătoare cu cele ale drojdiei (Saccharomyces cerevisiae), care este alcătuit din doi monomeri (subfragmentele A și B). Fiecare monomer are un domeniu ATPază și într-un sub-fragment situsul activ tirozina 782, la care ADN-ul se poate lega. Astfel, două catene de ADN se pot lega de topoizomeraza II..
Mecanismul de acțiune al topoizomerazei II este același cu cel descris pentru topoizomeraza I, având în vedere că două catene de ADN sunt împărțite și nu doar una..
La locul activ al topoizomerazei II, un fragment de helix dublu de ADN, numit „fragmentul G”. Acest fragment este excizat și ținut împreună de situsul activ prin legături covalente..
Apoi, enzima permite unui alt fragment de ADN, numit „fragment T”, să treacă prin fragmentul clivat „G”, datorită unei schimbări conformaționale a enzimei, care este dependentă de hidroliza ATP.
Topoisomeraza II leagă cele două capete ale „fragmentului G” și în cele din urmă își recuperează starea inițială, eliberând fragmentul „G”. ADN-ul relaxează apoi stresul torsional, permițând apariția proceselor de replicare și transcripție..
Genomul uman are cinci topoizomeraze: top1, top3α, top3β (de tip I); și top2α, top2β (de tip II). Cele mai relevante topoizomeraze umane sunt top1 (topoizomerază tip IB) și 2α (topoizomerază tip II).
Deoarece procesele catalizate de topoizomerazele sunt necesare pentru supraviețuirea celulelor, aceste enzime sunt o țintă bună de atac pentru a afecta celulele maligne. Din acest motiv, topoizomerazele sunt considerate importante în tratamentul multor boli umane..
Medicamentele care interacționează cu topoizomerazele sunt în prezent studiate pe scară largă ca substanțe chimioterapeutice împotriva celulelor canceroase (în diferite organe ale corpului) și a microorganismelor patogene..
Medicamentele care inhibă activitatea topoizomerazei pot:
Stabilizarea complexului tranzitoriu care se formează prin legarea ADN-ului la tirozina sitului catalitic al enzimei, previne legarea fragmentelor clivate, ceea ce poate duce la moartea celulară.
Compușii care inhibă topoizomerazele includ următoarele.
Antibioticele sunt utilizate împotriva cancerului, deoarece împiedică creșterea celulelor tumorale, de obicei prin interferența cu ADN-ul lor. Acestea sunt adesea numite antibiotice antineoplazice (cancer). Actinomicina D, de exemplu, afectează topoizomeraza II și este utilizată în tumorile Wilms la copii și rabdomiosarcoame.
Antraciclinele sunt, printre antibiotice, unul dintre cele mai eficiente medicamente anticanceroase și cu cel mai larg spectru. Acestea sunt utilizate pentru tratarea cancerului de plămâni, ovare, uter, stomac, vezică, sân, leucemie și limfoame. Se știe că afectează topoizomeraza II prin intercalație în ADN.
Prima antraciclină izolată dintr-o actinobacterie (Streptomyces peucetius) a fost daunorubicină. Ulterior, doxorubicina a fost sintetizată în laborator, iar în prezent se utilizează și epirubicina și idarubicina.
Antrachinonele sau antracenedionele sunt compuși derivați din antracenă, asemănători antraciclinelor, care afectează activitatea topoizomerazei II prin intercalație în ADN. Acestea sunt utilizate pentru cancerul de sân metastatic, limfomul non-Hodgkin (LNH) și leucemie..
Aceste medicamente au fost găsite în pigmenții unor insecte, plante (frangula, senna, rubarbă), licheni și ciuperci; precum și hoelita, care este un mineral natural. În funcție de doza dumneavoastră, acestea pot fi cancerigene.
Printre acești compuși, avem mitoxantronă și analogul său, losoxantronă. Acestea previn proliferarea celulelor tumorale maligne, legându-se ireversibil de ADN.
Podofilotoxinele, precum epidofilotoxinele (VP-16) și tenipozidele (VM-26), formează un complex cu topoizomeraza II. Acestea sunt utilizate împotriva cancerului pulmonar, a testiculelor, a leucemiei, a limfoamelor, a cancerului ovarian, a carcinomului mamar și a tumorilor maligne intracraniene, printre altele. Sunt izolate de plante Podophyllum notatum Da P. peltatum.
Campotecinele sunt compuși care inhibă topoizomeraza I, inclusiv irinotecan, topotecan și diflomotecan..
Acești compuși au fost folosiți împotriva cancerului de colon, plămân și sân și sunt obținuți în mod natural din scoarța și frunzele speciilor arbore. Camptotheca acuminata a cornicelor chineze și a Tibetului.
Modificările structurale ale topoizomerazelor I și II pot apărea, de asemenea, complet în mod natural. Acest lucru se poate întâmpla în timpul unor evenimente care vă afectează procesul catalitic.
Aceste modificări includ formarea dimerilor pirimidinici, nepotrivirile bazei de azot și alte evenimente cauzate de stresul oxidativ..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.