Topoizomerazy
Topoizomerazy to enzymy kluczowe w procesie replikacji DNA, które regulują stopień skręcenia podwójnej helisy. Wykorzystują one energię chemiczną z ATP do zarządzania napięciem torsyjnym DNA, co pozwala na jego rozplatanie i udostępnienie matrycy dla enzymów replikacyjnych oraz transkrypcyjnych.
Wyróżniamy dwa główne typy topoizomeraz w zależności od liczby rozrywanych wiązań fosfodiestrowych:
- Topoizomerazy I: Hydrolizują jedno wiązanie, nacinając jedną nić DNA, co prowadzi do usuwania superskrętów (relaksacja).
- Topoizomerazy II: Hydrolizują dwa wiązania, nacinając obie nici DNA, co pozwala na dodanie superskrętów.
Mechanizm działania topoizomeraz
Relaksacja (Topoizomeraza I)
Proces relaksacji polega na kilku krokach:
- Cząsteczka DNA wiąże się z centrum aktywnym topoizomerazy I, co prowadzi do rozerwania jednej z nici DNA.
- DNA obraca się wokół nieprzeciętej nici, co eliminuje superhelikalne skręty.
- Wolna grupa hydroksylowa −OH DNA reaguje z grupą fosfotyrozynową, łącząc przerwaną nić.
- Topoizomeraza I odłącza się od DNA, kończąc proces relaksacji.
Dodanie superskrętu (Topoizomeraza II)
W procesie dodawania superskrętu, zachodzą następujące etapy:
- Cząsteczka DNA wiąże się z centrum aktywnym topoizomerazy II, tworząc kompleks.
- Kompleks ten łączy się z innym fragmentem DNA, co umożliwia rozerwanie obu nici jednego z segmentów DNA.
- Segment DNA zostaje przemieszczaony, co pozwala na dodanie nowego superskrętu.
- Pęknięte nici są następnie łączone ponownie.
- Topoizomeraza II otwiera domeny, kontynuując cykl działania z nowymi segmentami DNA.
Topoizomerazy odgrywają zatem kluczową rolę w utrzymaniu stabilności strukturalnej DNA podczas jego replikacji i transkrypcji, a ich mechanizmy działania są fundamentalne dla procesów komórkowych.
