تعریف آنزیم توپوییزومراز I
آنزیم توپوییزومراز I گروهی از آنزیم های تنظیم کننده ساختار فضایی DNA است که با ایجاد یک شکست موقت در یکی از رشته های DNA، تنش های ناشی از پیچ خوردگی بیش ازحد را کاهش می دهد. این آنزیم بدون نیاز به ATP عمل می کند و پس از اصلاح ساختار، پیوند DNA را مجدداً برقرار می سازد.
ساختار آنزیم توپوییزومراز I
آنزیم توپوییزومراز I یک پروتئین تک زنجیره ای با نواحی عملکردی مشخص است که شامل دامنه اتصال به DNA، جایگاه کاتالیتیک و ناحیه مسئول برش و اتصال مجدد می باشد. اسید آمینه تیروزین فعال در جایگاه کاتالیتیک، نقش مستقیم در تشکیل پیوند کووالانسی موقت با DNA دارد.
ویژگی های بیوشیمیایی آنزیم توپوییزومراز I
آنزیم توپوییزومراز I از نظر بیوشیمیایی وابستگی کمی به کوفاکتورهای انرژی زا دارد و فعالیت آن بیشتر تحت تأثیر ساختار DNA و میزان تنش سوپرکویلینگ است. این آنزیم در شرایط فیزیولوژیک سلولی بیشترین بازده عملکردی را نشان می دهد.
مکانیزم عملکرد آنزیم توپوییزومراز I
آنزیم توپوییزومراز I با ایجاد یک شکست کنترل شده در یکی از رشته های DNA، امکان چرخش آزاد رشته مقابل را فراهم می کند. پس از رفع تنش، آنزیم پیوند فسفودی استر را مجدداً برقرار کرده و DNA به حالت پایدار بازمی گردد.
نقش آنزیم توپوییزومراز I در همانندسازی DNA
آنزیم توپوییزومراز I در طی همانندسازی DNA با کاهش تنش های ایجادشده در جلوی چنگال همانندسازی، حرکت روان DNA پلیمراز را تسهیل می کند و از توقف یا شکست همانندسازی جلوگیری می نماید.
نقش آنزیم توپوییزومراز I در رونویسی
آنزیم توپوییزومراز I در فرآیند رونویسی با حذف تنش های مثبت و منفی اطراف ناحیه فعال RNA پلیمراز، به تنظیم بیان ژن و جلوگیری از گره خوردگی DNA کمک می کند.
تفاوت آنزیم توپوییزومراز I با توپوییزومراز II
آنزیم توپوییزومراز I برخلاف توپوییزومراز II تنها یک رشته DNA را می بُرد و نیازی به ATP ندارد، در حالی که توپوییزومراز II دو رشته DNA را به طور همزمان قطع کرده و وابسته به انرژی است.
جایگاه آنزیم توپوییزومراز I در سلول
آنزیم توپوییزومراز I عمدتاً در هسته سلول های یوکاریوتی یافت می شود و به طور مستقیم با کروماتین در تعامل است. در پروکاریوت ها نیز آنزیم های مشابهی وظیفه تنظیم توپولوژی DNA را بر عهده دارند.
اهمیت آنزیم توپوییزومراز I در پایداری ژنوم
آنزیم توپوییزومراز I با جلوگیری از تجمع تنش های ساختاری، از شکست های ناخواسته DNA و ناپایداری ژنتیکی جلوگیری کرده و سلامت ژنوم را حفظ می کند.
کاربرد تحقیقاتی آنزیم توپوییزومراز I
آنزیم توپوییزومراز I در تحقیقات زیست شناسی مولکولی برای مطالعه دینامیک DNA، تحلیل سوپرکویلینگ و بررسی تعامل DNA با پروتئین ها مورد استفاده قرار می گیرد.
نقش آنزیم توپوییزومراز I در پزشکی
آنزیم توپوییزومراز I یکی از اهداف مهم داروهای ضدسرطان است. مهار این آنزیم می تواند منجر به تجمع شکست های DNA و مرگ سلول های سرطانی شود.
ارتباط آنزیم توپوییزومراز I با داروهای ضدسرطان
آنزیم توپوییزومراز I هدف مستقیم برخی داروهای شیمی درمانی است که با تثبیت کمپلکس DNA–آنزیم، مانع اتصال مجدد رشته DNA شده و موجب آسیب کشنده به سلول می شوند.
تنظیم فعالیت آنزیم توپوییزومراز I
فعالیت آنزیم توپوییزومراز I به طور دقیق توسط ساختار کروماتین، پروتئین های تنظیمی و وضعیت فیزیولوژیک سلول کنترل می شود تا از ایجاد آسیب ژنتیکی جلوگیری گردد.
بررسی آزمایشگاهی آنزیم توپوییزومراز I
آنزیم توپوییزومراز I در آزمایشگاه با استفاده از آزمون های ریلکسیشن DNA، الکتروفورز ژل و سیستم های مبتنی بر پلاسمید مورد ارزیابی قرار می گیرد.
نقش آنزیم توپوییزومراز I در زیست فناوری
آنزیم توپوییزومراز I در زیست فناوری به عنوان ابزاری برای مطالعه و دستکاری ساختار DNA به کار می رود و در توسعه فناوری های ژنومی اهمیت بالایی دارد.
اهمیت آنزیم توپوییزومراز I در علوم زیستی مدرن
آنزیم توپوییزومراز I یکی از ارکان اساسی در درک رفتار فیزیکی DNA است و بدون عملکرد صحیح آن، بسیاری از فرآیندهای حیاتی سلولی با اختلال مواجه می شوند.
