آنزیم توپوییزومراز II

تعریف آنزیم توپوییزومراز II

آنزیم توپوییزومراز II از دسته آنزیم های تنظیم کننده توپولوژی DNA است که قادر است به طور موقت هر دو رشته DNA را برش داده و سپس مجدداً به هم متصل کند. این ویژگی منحصر به فرد، آنزیم توپوییزومراز II را به یکی از عناصر کلیدی حفظ نظم ساختاری ژنوم تبدیل کرده است.

ساختار آنزیم توپوییزومراز II

آنزیم توپوییزومراز II معمولاً به صورت یک دایمر پروتئینی فعال است که هر زیرواحد آن دارای دامنه اتصال به DNA، دامنه کاتالیتیک و نواحی وابسته به ATP می باشد. وجود جایگاه های اختصاصی برای اتصال ATP، از ویژگی های ساختاری مهم آنزیم توپوییزومراز II محسوب می شود.

ویژگی های بیوشیمیایی آنزیم توپوییزومراز II

آنزیم توپوییزومراز II برخلاف نوع I، برای انجام فعالیت کاتالیتیکی خود به انرژی حاصل از هیدرولیز ATP نیاز دارد. این آنزیم در شرایط سلولی مختلف قادر است سوپرکویلینگ مثبت و منفی DNA را به طور مؤثر تنظیم کند.

مکانیزم عملکرد آنزیم توپوییزومراز II

آنزیم توپوییزومراز II با ایجاد یک شکست کنترل شده در هر دو رشته DNA، امکان عبور یک قطعه DNA دیگر را از محل شکست فراهم می سازد. پس از عبور، آنزیم با دقت بالا پیوندهای فسفودی استر را بازسازی می کند.

نقش آنزیم توپوییزومراز II در همانندسازی DNA

آنزیم توپوییزومراز II در طی همانندسازی DNA با حذف تنش های شدید توپولوژیکی، مانع از گره خوردگی DNA شده و تداوم صحیح پیشرفت چنگال همانندسازی را تضمین می کند.

نقش آنزیم توپوییزومراز II در رونویسی

آنزیم توپوییزومراز II در فرآیند رونویسی با تنظیم ساختار فضایی DNA، شرایط لازم برای حرکت RNA پلیمراز را فراهم کرده و از توقف رونویسی جلوگیری می نماید.

نقش آنزیم توپوییزومراز II در جداسازی کروموزوم ها

آنزیم توپوییزومراز II در مرحله تقسیم سلولی نقش حیاتی دارد، زیرا با جداسازی کروماتیدهای خواهری، از بروز خطاهای کروموزومی و ناپایداری ژنتیکی جلوگیری می کند.

تفاوت آنزیم توپوییزومراز II با توپوییزومراز I

آنزیم توپوییزومراز II قادر به برش همزمان دو رشته DNA و وابسته به ATP است، در حالی که توپوییزومراز I تنها یک رشته DNA را برش داده و مستقل از انرژی عمل می کند.

جایگاه آنزیم توپوییزومراز II در سلول

آنزیم توپوییزومراز II عمدتاً در هسته سلول های یوکاریوتی حضور دارد و در تعامل مستقیم با کروماتین و ساختار کروموزوم ها فعالیت می کند.

اهمیت آنزیم توپوییزومراز II در پایداری ژنوم

آنزیم توپوییزومراز II با جلوگیری از تجمع گره ها و پیچ خوردگی های شدید DNA، نقش کلیدی در حفظ یکپارچگی ژنوم و بقای سلول ایفا می کند.

کاربرد تحقیقاتی آنزیم توپوییزومراز II

آنزیم توپوییزومراز II در مطالعات زیست شناسی مولکولی، ژنتیک سلولی و بررسی دینامیک کروموزوم ها کاربرد گسترده ای دارد.

نقش آنزیم توپوییزومراز II در پزشکی

آنزیم توپوییزومراز II یکی از اهداف اصلی داروهای ضدسرطان است و مهار فعالیت آن می تواند منجر به مرگ انتخابی سلول های در حال تقسیم شود.

ارتباط آنزیم توپوییزومراز II با داروهای شیمی درمانی

آنزیم توپوییزومراز II هدف داروهایی است که با تثبیت کمپلکس DNA–آنزیم، مانع اتصال مجدد DNA شده و موجب تجمع شکست های دو رشته ای می شوند.

تنظیم فعالیت آنزیم توپوییزومراز II

فعالیت آنزیم توپوییزومراز II به صورت دقیق توسط چرخه سلولی، میزان ATP و پروتئین های تنظیم کننده کنترل می شود تا از آسیب ناخواسته به DNA جلوگیری گردد.

بررسی آزمایشگاهی آنزیم توپوییزومراز II

آنزیم توپوییزومراز II در آزمایشگاه با استفاده از آزمون های کلویژ DNA، الکتروفورز ژل و سیستم های مبتنی بر پلاسمید بررسی می شود.

نقش آنزیم توپوییزومراز II در زیست فناوری

آنزیم توپوییزومراز II به عنوان ابزاری مهم در تحقیقات ژنومی، توسعه دارو و مطالعات ساختاری DNA مورد استفاده قرار می گیرد.

اهمیت آنزیم توپوییزومراز II در علوم زیستی مدرن

آنزیم توپوییزومراز II یکی از پایه های اصلی درک رفتار دینامیک DNA و تقسیم سلولی است و اختلال در عملکرد آن می تواند پیامدهای گسترده زیستی داشته باشد.