Topoisomerase

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Topoisomerasen

Bezeichner
Externe IDs CAS-Nummer: 80449-01-0 CAS-Nummer: 142805-56-9 (Typ II)
Enzymklassifikation
EC, Kategorie 5.99.1.-  Isomerase
Reaktionsart Einführung von Doppelstrangbrüchen, Hindurchführen eines Strangs durch entstandene Lücke, wiedervereinigung der Stränge
Substrat DNA

Topoisomerasen sind Enzyme, die für die Topologie von DNA-Molekülen verantwortlich sind. Man unterscheidet zwei übergeordnete Klassen:

  • Typ I Topoisomerasen (Unterklassen Topoisomerase I & III)
  • Typ II Topoisomerase bei Eukaryoten (Topoisomerasen II & IV) der bei Prokaryoten das Enzym Gyrase entspricht[1]

Topoisomerase Typ I

Funktion der Topoisomerase I in Prokaryoten:

Die bakterielle Topoisomerase I kann ausschließlich negative Superspiralisierung entspannen. Sie benötigt Magnesiumionen für ihre Aktivität. Prokaryontische Topoisomerasen I binden mittels einer Phosphotyrosinbindung kovalent an das 5'-Ende des Strangbruches. Dies konserviert die Energie der gespaltenen Bindung und ermöglicht es, die beiden Enden nach der Topoisomerisierung wieder zu verbinden. Für ihre Tätigkeit benötigt das Enzym keine Energie in Form von ATP.

Funktion der Topoisomerase in Eukaryoten:

Die eukaryontische Topoisomerase I entspannt sowohl positiv als auch negativ superspiralisierte DNA. Sie bindet mittels Phosphotyrosinbindung an das 3'-Ende des Strangbruches.

Durch die für die Vorgänge Transkription und Replikation notwendige Entspiralisierung der gerade abgelesenen DNA-Abschnitte kommt es in angrenzenden Bereichen der Helix automatisch zum Positiven supercoiling, einer zu starken Verwindung der DNA-Doppelhelix, die mit Torsionskräften einhergeht. Um den Torsionskräften entgegenzuwirken wird das positive supercoiling durch die eukaryontische Topoisomerase Typ I entspannt. Dabei verursacht die Topoisomerase Typ I einen Einzelstrangbruch ohne dabei ATP zu verbrauchen.[2] Bei ihrem Abgang von der DNA verschließt sie den Bruch wieder. Anschließend entfernen die Topoisomerase I & IV die negative Abweichungen des Verwindungszustandes und stellen so den physiologischen Normalzustand wieder her.[3]

Topoisomerase Typ II

Hauptartikel: Typ II Topoisomerase

Funktion der Topoisomerase II in Prokaryoten:

Die prokaryontische Topoisomerase II bewirkt negative Superspiralisierung der DNA. Dadurch kann sie positiv superspiralisierte DNA entspannen und in relaxierte DNA negative Verdrillung einführen. Sie induziert dazu Doppelstrangbrüche; die negative Superspiralisierung geschieht unter ATP-Verbrauch.

Funktion der eukaryontischen Topoisomerase II alpha:

Eukaryotische Topoisomerase II alpha kann positive und negative Superspiralisierung mittels Doppelstrangbruch unter ATP-Verbrauch entspannen.

Topoisomerasen Typ II wirken einerseits entgegen den oben genannten Torsionskräften und beeinflussen andererseits die räumliche Anordnung der DNA. Sie erzeugen unter ATP Verbrauch einen temporären DNA-Doppelstrangbruch, so dass ein anliegender Helix-Teil durch die gebildete Lücke passieren kann.[2] Dies ermöglicht umfassende Chromatinumordnungen.[4]

Medizinische Relevanz

Jeweilige Unterarten der Topoisomerasen sind Angriffspunkte einiger Zytostatika und Antibiotika [2]:

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. Peter Karlson: Karlsons Biochemie und Pathobiochemie 15. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2005, S. 835
  2. 2,0 2,1 2,2 Joachim Rassow: Biochemie. 2. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2008, S. 436 Referenzfehler: Ungültiges <ref>-Tag. Der Name „.27.27Biochemie..27.27“ wurde mehrere Male mit einem unterschiedlichen Inhalt definiert.
  3. Peter Karlson: Karlsons Biochemie und Pathobiochemie 15. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2005, S. 797
  4. Rolf Knippers: Molekulare Genetik 9. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2006, S. 190

Weblinks

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