ДНК-Топоизомераза IA
ДНК-топоизомеразы типа IA катализируют релаксацию отрицательно сверхспирализованной ДНК . За счет энергии связывании фермента происходит локальное расплавление дуплекса, и в одну из цепей вносится разрыв. В большинстве случаев топоизомеразы IA связываются с уже существующими одноцепочечными участками ДНК [ 18 , 25 ]. Так как расплавление облегчается отрицательной сверхспирализацией, по мере релаксации фермент работает все менее и менее эффективно. Топоизомеразы типа IA также способы катализировать реакцию катенации - декатенации двухцепочечных молекул, если в одной из них присутствует ник [ 9 ]. Предполагается, что при этом фермент вносит временный разрыв в другую цепь напротив уже имеющегося. Расщепление ДНК топоизомеразами типа IA сопровождается присоединением одного конца цепи ДНК к тирозину в активном сайте фермента через 5'-фосфодиэфирную связь. К ДНК-топоизомеразам типа IA относятся бактериальная ДНК-топоизомераза I и бактериальная ДНК-топоизомераза III , эукариотическая ДНК-топоизомераза III , и один из доменов обратной гиразы термофильных прокариот [ 26 ].
Механизм релаксации или катенации/декатенации с помощью ДНК-топоизомеразы IA ( рис. 1 ) был предположен на основе анализа кристаллической структуры N-концевого фрагмента фермента [ 27 ] и впоследствии подтвержден биохимическими и биофизическими экспериментами [ 7 , 8 , 9 ]. Фермент связывает ДНК и расщепляет одну из цепей. При этом тирозин активного центра ковалентно связывается с 5'-фосфатом, в то время как 3'-конец разорванной цепи взаимодействует с ферментом нековалентно [ 28 ]. Необходимые для катализа ионы Mg2+ помогают удержать 3'-конец расщепленной цепи в нужном положении в каталитическом центре [ 28 , 29 ]. После этого комплементарная цепь протаскивается в образовавшуюся щель, что приводит к релаксации одного сверхвитка, затем полость фермента закрывается и разорванная цепь зашивается. Для высвобождения ДНК полость фермента снова должна открыться. Топоизомераза способна быстро совершать несколько актов переноса цепей, видимо, без высвобождения ДНК; тем не менее, за один акт число зацепления (linking number) ДНК меняется ровно на 1 [ 30 ]. Полный цикл протекает без участия ATP, т.е., энергия, необходимая для циклического изменения конформации фермента, обеспечивается энергией механического напряжения сверхспирализованной ДНК.
