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Topoisomerase I

1 Definition

Die Topoisomerase I des Menschen ist ein Enzym, das sowohl positiv als auch negativ superspiralisierte DNA entspannt.

2 Biochemie

Topoisomerase I enthält vier Domänen, die um einen zentralen Hohlraum angeordnet sind. Dieser Hohlraum mit einem Durchmesser von 2 nm hat die Größe, um ein doppelsträngiges DNA-Molekül aufzunehmen. In dem Hohlraum befindet sich ein Tyrosinrest (Tyr 723), welcher als nukleophile Gruppe dient. Im Verlauf der Katalyse wird das DNA-Rückgrat von der nukleophilen Gruppe gespaltet.

DNA bindet zunächst in dem Hohlraum. Die nukleophile Hydroxylgruppe des Tyrosins 723 greift die Phosphatgruppe in einem Strang des DNA-Rückgrats an und bildet eine Phosphodiesterbindung. Die DNA wird dann reversibel gespaltet und eine freie 5'-Hydroxylgruppe entsteht.

Die DNA kann nun um den 2. Strang mit der in der Superspiralisierung gespeicherten und nun freigesetzten Energie frei rotieren, nachdem das Rückgrat des Stranges gespalten ist. Durch die Rotation werden die Superspiralen entwunden. Nun greift die freie Hydroxylgruppe den Phosphotyrosinrest an, das Rückgrat ist wieder verbunden und das Tyrosin wird freigesetzt. Die entspannte DNA kann sich nun von dem Enzym Topoisomerase I lösen.

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