Fotolijaza
Fotolijaze (EC4.1.99.3) su enzimi popravka DNK koji popravljaju oštećenja uzrokovana izlaganjem ultraljubičastom svjetlu. Ovi enzimi zahtijevaju vidljivo svjetlo (sa ljubičastog/plavog kraja spektra) i za vlastitu aktivaciju [1] and for the actual DNA repair.[2] Mehanizam popravka DNK koji uključuje fotolijaze naziva se fotoreaktivacija. Oni uglavnom pretvaraju pirimidinske dimere u normalan par pirimidinskih baza.
| Kriptohrom/C-terminalna FAD-vezana fotolijaza | |
|---|---|
 Deazaflavin-fotolijaza iz Anacystis nidulans, koja ilustruje dva kofaktora sakupljanja svetlosti: FADH− (žuta) i 8-HDF (cijan). | |
| Identifikatori | |
| Simbol | FAD_binding_7 |
| PDB | 1u3cA:214-492 [https://www.ebi.ac.uk/pdbsum/1u3d 1u3dA:214-492 1iquA:176-418
1iqrA:176-418 1dnpB:202-469 1tezD:207-472 1owmA:207-472 1qnf :207-472 1owpA:207-472 1owoA:207-472 1owlA:207-472 1ownA:207-472 1np7B:213-453 1u3cA:214-492 1u3dA:214-492 1iquA:176-418 1iqrA:176-418 1dnpB:202-469 1tezD:207-472 1owmA:207-472 1qnf :207-472 1owpA:207-472 1owoA:207-472 1owlA:207-472 1ownA:207-472 1np7B:213-453] |
| Dezoksiribodipirimidin fotolijaza (CPD) | |
|---|---|
 Timin-timin ciklobutanski dimer izazvan UV zračenjem (desno) je tip direktnog oštećenja DNK koje se popravlja DNK fotolijazom. Napomena: Gornji dijagram je pogrešno označen kao timin jer strukture nemaju 5-metil grupe. | |
| Identifikatori | |
| Simbol | CPD |
| CAS broj | |
Funkcija
urediFotolijaze vezuju komplementarne lance DNK i prekidaju određene tipove pirimidinskih dimera koji nastaju kada par timinskih ili citozinskih baza na istom lancu DNK postane [[kovalentna veza] |kovalentno]] povezan. Dužina veze ove dimerizacije je kraća od dužine veze normalne strukture B-DNK koja proizvodi netačan šablon za replikaciju i transkripciju.[3] Češća kovalentna veza uključuje formiranje ciklobutan skogmosta. Fotolijaze imaju visok afinitet za ove lezije i reverzibilno ih vezuju i pretvaraju nazad u originalne baze.
Evolucija
urediFotoliaza je filogenetički stari enzim koji je prisutan i funkcionalan u mnogim vrstama, od bakterija preko gljiva do biljaka[4] i do životinja.[5] Fotolijaza je posebno važna u popravljanju oštećenja izazvanih UV-zračenjem u biljkama. Mehanizam fotolijaze više ne radi kod ljudi i drugih placentnih sisara koji se umjesto toga oslanjaju na manje efikasan popravak ekscizijom nukleotida, iako zadržavaju mnogo kriptohroma.[6]
Fotoliaze su flavoproteini i sadrže dva kofaktora koji sakupljaju svjetlost. Mnoge fotolijaze imaju N-terminalni domen koji vezuje drugi kofaktor. Sve fotolijaze sadrže po dva elektrona redukovanu FADH–; podijeljeni su u dvije glavne klase na osnovu drugog kofaktora, koji može biti ili pterinski meteniltetrahidrofolat (MTHF) u "folatnim fotolijazama" ili deazaflavin 8-hidroksi-7,8-didemetil -5-deazariboflavin (8-HDF) u "deazaflavin- fotolijazama". Iako je samo FAD potreban za katalitsku aktivnost, drugi kofaktor značajno ubrzava brzinu reakcije u uvjetima slabog osvjetljenja. Enzim djeluje transferom elektrona u kojem se redukovani flavin FADH– aktivira svjetlosnom energijom i djeluje kao donor elektrona za razbijanje pirimidinskog dimera.[7]
Na osnovu sličnosti sekvenci DNK, fotolijaze mogu se grupirati u nekoliko klasa:[8][9]
|
- CPD fotolijaze klase 1 su enzimi koji obrađuju lezije ciklobutanskih pirimidin-dimera (CPD) od gram-negativnih i gram-pozitivnih bakterija, halofilnih archaea Halobacterium halobium.
- CPD fotolijaze klase 2 također obrađuju CPD lezije. Nalaze se u biljkama kao što su Thaleova grbaštica Arabidopsis thaliana i riža.
- Kriptohromi (Cry) biljaka i gljiva su slični CPD-ovima klase 1. Oni su fotoreceptori plavog svjetla koji posreduju ekspresije gena izazvane plavim svjetlom i modulaciju cirkadijskih ritmova.
- CPD lijaze klase 3 čine sestrinsku grupu biljnim kriptohromima, koji su zauzvrat sestrinska grupa za CPD klase 1.
- Cry-DASH grupa su CPD lijaze visoko specifične za jednolančanu DNK. Članovi uključuju Vibrio cholerae, X1Cry iz Xenopus laevis i AtCry3 iz Arabidopsis thaliana.[5] DASH je prvobitno nazvan po Drosophila, Arabidopsis, Synechocystis i Human, četiri taksona za koje se prvobitno smatralo da nose ovu porodicu lijaza. Kategorizacija se od tada promijenila. "Cry" dio njihovog imena nastao je zbog početnih pretpostavki da su kriptohromi.[8]
- Eukariotske (6-4)DNK fotolijaze čine grupu sa životinjskim kriptohromima koji kontrolišu cirkadijske ritmove. Nalaze se u različitim vrstama, uključujući rod Drosophila i ljude. Kriptohromi imaju svoje detaljno grupiranje.
- Bakterijske 6-4 lijaze (InterPro: IPR007357), također poznate i kao grupa FeS-BCP, formiraju sopstvenu vanjsku grupu u odnosu na sve fotolijaze.
Grana CPD-ova koja nije klasa 2 obično se grupiše u klasu 1 u nekim sistemima kao što je PRINTS (PR00147). Iako su članovi manjih grupa usaglašeni, filogenija može uveliko varirati među autorima zbog razlika u metodologiji, što dovodi do određene zabune kod autora koji pokušavaju sve (poštedeći FeS-BCP) uklopiti u dvoklasnu klasifikaciju.[9] Kriptohromi čine polifiletsku grupu, uključujući fotolijaze koje su izgubile aktivnost popravka DNK i umjesto toga kontroliraju cirkadijske ritmove.[8][9]
Applikacija
urediDodavanje fotolijaze iz plavo-zelene alge Anacystis nidulans, u HeLa ćelije djelimično je smanjilo oštećenje DNK od izlaganja UVB-u.[10]
Ljudski proteini koji sadrže ovaj domen
urediNomenklatura
uredisistematski naziv ove klase enzima je dezoksiribociklobutadipirimidin pirimidin-lijaza. Drugi nazivi u uobičajenoj upotrebi uključuju fotoreaktivirajući enzim, DNK-fotolijaza, DNK-fotoreaktivirajući enzim, DNK ciklobutan-dipirimidin fotolijaza, DNK-fotolijaza, dezoksiribonukleinska fotolijaza, dezoksiribodipirimidin-fotoliaza, fotoliaza, PRE, PhrB fotoliaza, deoksiribonukleinska ciklobutan dipirimidin fotolijaza, phr A fotolijaza, dipirimidin fotolijaza (fotoosjetljiva), i dezoksiribonukleat-pirimidinsks dimerns lijaza (fotoosjetljiva). Ovaj enzim pripada porodici lijaza, posebno u klasi sveobuhvatnih ("catch-all") ugljik-ugljik lijaza.
Reference
uredi- ^ Yamamoto J, Shimizu K, Kanda T, Hosokawa Y, Iwai S, Plaza P, Müller P (oktobar 2017). "Loss of Fourth Electron-Transferring Tryptophan in Animal (6-4) Photolyase Impairs DNA Repair Activity in Bacterial Cells". Biochemistry. 56 (40): 5356–5364. doi:10.1021/acs.biochem.7b00366. PMID 28880077.
- ^ Thiagarajan V, Byrdin M, Eker AP, Müller P, Brettel K (juni 2011). "Kinetics of cyclobutane thymine dimer splitting by DNA photolyase directly monitored in the UV". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (23): 9402–7. Bibcode:2011PNAS..108.9402T. doi:10.1073/pnas.1101026108. PMC 3111307. PMID 21606324.
- ^ Garrett RH, Grisham CM (2010). Biochemistry. Brooks/Cole, Cengage Learning. ISBN 978-0-495-10935-8. OCLC 984382855.
- ^ Teranishi, M., Nakamura, K., Morioka, H.,Yamamoto, K. and Hidema, J. (2008). "The native cyclobutane pyrimidine dimer photolyase of rice is phosphorylated". Plant Physiology. 146 (4): 1941–1951. doi:10.1104/pp.107.110189. PMC 2287361. PMID 18235036.
- ^ a b Selby CP, Sancar A (novembar 2006). "A cryptochrome/photolyase class of enzymes with single-stranded DNA-specific photolyase activity". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (47): 17696–700. Bibcode:2006PNAS..10317696S. doi:10.1073/pnas.0607993103. PMC 1621107. PMID 17062752.
- ^ Lucas-Lledó JI, Lynch M (maj 2009). "Evolution of mutation rates: phylogenomic analysis of the photolyase/cryptochrome family". Molecular Biology and Evolution. 26 (5): 1143–53. doi:10.1093/molbev/msp029. PMC 2668831. PMID 19228922.
- ^ Sancar A (juni 2003). "Structure and function of DNA photolyase and cryptochrome blue-light photoreceptors". Chemical Reviews. 103 (6): 2203–37. doi:10.1021/cr0204348. PMID 12797829.
- ^ a b c d Scheerer P, Zhang F, Kalms J, von Stetten D, Krauß N, Oberpichler I, Lamparter T (maj 2015). "The class III cyclobutane pyrimidine dimer photolyase structure reveals a new antenna chromophore binding site and alternative photoreduction pathways". The Journal of Biological Chemistry. 290 (18): 11504–14. doi:10.1074/jbc.M115.637868. PMC 4416854. PMID 25784552.
- ^ a b c Rivera AS, Ozturk N, Fahey B, Plachetzki DC, Degnan BM, Sancar A, Oakley TH (april 2012). "Blue-light-receptive cryptochrome is expressed in a sponge eye lacking neurons and opsin". The Journal of Experimental Biology. 215 (Pt 8): 1278–86. doi:10.1242/jeb.067140. PMC 3309880. PMID 22442365.
- ^ Kulms D, Pöppelmann B, Yarosh D, Luger TA, Krutmann J, Schwarz T (juli 1999). "Nuclear and cell membrane effects contribute independently to the induction of apoptosis in human cells exposed to UVB radiation". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96 (14): 7974–9. Bibcode:1999PNAS...96.7974K. doi:10.1073/pnas.96.14.7974. PMC 22172. PMID 10393932.
Dopunska literatura
uredi- Eker AP, Fichtinger-Schepman AM (1975). "Studies on a DNA photoreactivating enzyme from Streptomyces griseus II. Purification of the enzyme". Biochim. Biophys. Acta. 378 (1): 54–63. doi:10.1016/0005-2787(75)90136-7. PMID 804322.
- Sancar GB, Smith FW, Reid R, Payne G, Levy M, Sancar A (1987). "Action mechanism of Escherichia coli DNA photolyase. I. Formation of the enzyme-substrate complex". J. Biol. Chem. 262 (1): 478–85. doi:10.1016/S0021-9258(19)75952-3. PMID 3539939.
- Setlow JK, Bollum FJ (1968). "The minimum size of the substrate for yeast photoreactivating enzyme". Biochim. Biophys. Acta. 157 (2): 233–7. doi:10.1016/0005-2787(68)90077-4. PMID 5649902.
Vanjski linkovi
uredi
