ДНК-гираза: механизм действия

Как и все топоизомеразы II типа , ДНК-гираза вносит двуцепочечный разрыв в один сегмент ДНК и продергивает через него другой. Уникальность ДНК-гиразы состоит в том, что фермент закручивает участок ДНК длиной около 130 пар нуклеотидов вокруг себя [ 45 , 46 ], образуя, таким образом, положительный сверхвиток, который после продергивания цепи превращается в отрицательный ( рис. 4В и рис. 5 ). В случае, когда два сегмента ДНК ( G-сегмент и Т-сегмент ) принадлежат разным молекулам, происходит образование/разрешение катенанов , однако ДНК-гираза осуществляет декатенацию сравнительно неэффективно. Если G и T сегменты являются частью одной молекулы ДНК, продергивание цепи приводит к изменению числа зацеплений на 2. ДНК-гираза представляет собой тетрамер A2В2. Субъединица B ( gyrB ) состоит из двух доменов: N-концевого - ATP-азного и С-концевого, взаимодействующего с субъединицей A и ДНК. В свою очередь субъединица A ( gyrA ) составляет активный центр фермента, а ее С-концевой домен небходим для закручивания ДНК вокруг фермента. Делеция С-концевого домена субъединицы A делает ДНК-гиразу неспособной к внесению (-) сверхвитков, однако такой мутантный фермент может по-прежнему осуществлять релаксацию и декатенацию [ 47 ].

Многие особенности механизма действия ДНК-гиразы, отличающие ее от эукариотической ДНК-топоизомеразы II , остаются неясными. Связывание негидролизуемого аналога ATP - ADPNP приводит к необратимому закрытию входных ворот фермента (N-gate). В таком комплексе возможен лишь единичный акт перемещения Т-сегмента через разрыв в G-сегменте. Эффективность перемещения зависит от топологии ДНК: она равна 100% для положительно сверхспирализованной, 25% - для релаксированной и стремится к нулю для отрицательно сверхспирализованной [ 41 ]. Предполагалось, что вероятность переноса Т-сегмента через разрыв определяется вероятностью захвата Т-сегмента N-воротами, а также, что захват Т-сегмента стимулирует гидролиз ATP. Согласно этой гипотезе, скорость гидролиза ATP должна зависеть от топологии ДНК. Позднее стали появляться данные, противоречащие этой концепции, в частности, оказалось, что скорость гидролиза ATP не зависит от топологии ДНК. На основании этих и других данных [ 48 ] была предложена модель, которая состоит в следующем. Т-сегмент захватывается с высокой вероятностью при связывании ATP независимо от топологии cубстрата. Захват Т-сегмента стимулирует гидролиз ATP и расщепление G-сегмента, после переноса Т-сегмента через разрыв он не обязательно высвобождается через С-ворота фермента, напротив, Т-сегмент находится в состоянии равновесия между положением до и после ДНК-ворот. Сдвиг этого равновесия зависит от топологии субстрата: для положительно сверхспирализованной ДНК Т-сегмент находится преимущественно за ДНК-воротами, а для отрицательно сверхспирализованной - перед ДНК-воротами. Гидролиз ATP, согласно этой модели, нужен для высвобождения Т-сегмента.

Обратная гираза

Ссылки:

Все ссылки