TOPOISOMERASAS

Es la encargada de mantener la estructura terciaria del ADN durante todo el ciclo vital, siendo la encargada del enrollamiento y desenrollamiento de las hebras de ADN durante la síntesis, la replicación, la condensación y descondensación, etc. Estas enzimas nucleares están presentes tanto en procariotas como en eucariotas, hecho que deja ver la antigüedad y la importancia evolutiva de tener estas moléculas trabajando sobre el ácido desoxirribonucleico.

Topoisomerasa I: En E. coli la topoisomerasa I es un monómero codificado por el gen topA. Actúa sobre un ADN con superenrollamiento negativo y solo corta una de las hebras generando un 5’P y un 3’OH y la enzima se une al enlace 5’P mediante un OH. Luego, a través de una brecha, pasa la hebra del DNA y cuando pasa la hebra sella el enlace. No gasta ATP. La energía liberada por la rotura se usa para sellar el DNA. El OH no está covalentemente unido a la enzima, pero está unido al DNA para que no se pierda el superenrollamiento. Cuando ha pasado la hebra por la segunda brecha se lleva un ataque nucleófilo y se produce la esterificación 3’OH – 5’P y los extremos se vuelven a unir. La topoisomerasa I actúa sobre ADN con superenrollamiento negativo (no positivos). Por tanto es una enzima relajante.

+ Topoisomerasa II o girasa: Es un heterodímero (dos monómeros diferentes), codificada por los genes gyrA y gyrB. Corta las dos hebras de un ADN. Cada monómero se une por una subunidad catalítica a los enlaces 5’P, con lo que conserva la energía. Una hebra pasa hacia atrás y sella los dos enlaces rotos. La hebra que pasaba por detrás ahora pasa por. Es, por tanto, una enzima superenrollante negativa. La actuación de esta enzima sí requiere ATP, que se necesita para cambios conformacionales de la enzima. La topoisomerasa II acepta ADN superenrollado positiva y negativamente y relajado.

+ Efecto conjunto de las topoisomerasas sobre DNA

Actúan de manera conjunta para mantener el nivel adecuado de superenrollamiento para que se lleven a cabo los procesos biológicos.

Si en E. coli se muta el gen topA (que codifica topoisomerasa I), la I no puede actuar y el DNA estaría superenrrollado. Si muta gyrA o gyrB que codifica topoisomerasa II, el DNA estaría relajado. Si muta algún gyr y el topA tendremos niveles equilibrados de las mutaciones. Lo que importa no es cuánto actúen las topoisomerasas, sino la actuación equilibrada de las dos.

Funcionamiento: las enzimas de la familia de las topoisomerasas cortan y empalmar enlaces fosfodiéster y el DNA que resulta es un isómero topológico. Además permite que otras moléculas de ADN pasen por el corte realizado. Estas acciones requieren el gasto de ATP.

En la bacteria E. coli Arthur Kornberg encontró tres ADN polimerasas diferentes, la ADN Pol I, ADN Pol II y ADN Pol III. Por sus estudios sobre la replicación del ADN y las polimerasas le concedieron el Premio Nobel en 1959.

Las principales etapas de la síntesis de ADN son:

• Síntesis de los desoxirribonucleótidos monofosfato (dNMPs): dAMP, dTMP, dGMP y dCMP.

• Fosforilación mediante Quinasas de los dNMP, para convertirlos en desorribonucleótidostrifosfato dNTPs: dATP, dTTP, dGTP y dCTP.

• Polimerización o síntesis del ADN: selección de los dNTPs complementarios a las de la cadena molde y formación del enlace fosfodiéster entre el extremo 3' del nucleótido (dNTP) anteriormente incorporado

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