Las fotoliasas ( EC 4.1.99.3) son enzimas reparadoras del ADN que reparan el daño causado por la exposición a la luz ultravioleta . Estas enzimas requieren luz visible (del extremo violeta / azul del espectro) tanto para su propia activación [1] como para la reparación real del ADN. [2] El mecanismo de reparación del ADN que involucra fotoliasas se llama fotorreactivación. Principalmente, convierten los dímeros de pirimidina en un par normal de bases de pirimidina.
Criptocromo / fotoliasa, C-terminal, unión a FAD | ||||||||||
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Identificadores | ||||||||||
Símbolo | FAD_binding_7 | |||||||||
Pfam | PF03441 | |||||||||
InterPro | IPR005101 | |||||||||
PROSITE | PDOC00331 | |||||||||
SCOP2 | 1qnf / SCOPe / SUPFAM | |||||||||
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desoxirribodipirimidina fotoliasa (CPD) | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 4.1.99.3 | |||||||
No CAS. | 37290-70-3 | |||||||
Bases de datos | ||||||||
IntEnz | Vista IntEnz | |||||||
BRENDA | Entrada BRENDA | |||||||
FÁCIL | NiceZyme vista | |||||||
KEGG | Entrada KEGG | |||||||
MetaCyc | camino metabólico | |||||||
PRIAM | perfil | |||||||
Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
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Función
Las fotoliasas se unen a cadenas de ADN complementarias y rompen ciertos tipos de dímeros de pirimidina que surgen cuando un par de bases de timina o citosina en la misma cadena de ADN se unen covalentemente . La longitud del enlace de esta dimerización es más corta que la longitud del enlace de la estructura normal de B-DNA, lo que produce una plantilla incorrecta para la replicación y transcripción. [3] El enlace covalente más común implica la formación de un puente de ciclobutano . Las fotoliasas tienen una alta afinidad por estas lesiones y las unen reversiblemente y las convierten de nuevo a las bases originales.
Evolución
Photolyase es un filogenéticamente enzima de edad que está presente y funcional en muchas especies, de las bacterias a la hongos a las plantas [4] y para los animales . [5] La fotoliasa es particularmente importante para reparar el daño inducido por los rayos UV en las plantas. El mecanismo de fotoliasa ya no funciona en humanos y otros mamíferos placentarios que, en cambio, dependen del mecanismo de reparación por escisión de nucleótidos menos eficiente , aunque retienen muchos criptocromos . [6]
Las fotoliasas son flavoproteínas y contienen dos cofactores captadores de luz . Muchas fotoliasas tienen un dominio N-terminal que se une a un segundo cofactor. Todos photolyases contienen la menor de dos electrones- FADH - ; se dividen en dos clases principales basadas en el segundo cofactor, que puede ser el meteniltetrahidrofolato de pterina (MTHF) en las fotoliasas de folato o la deazaflavina 8-hidroxi-7,8-didemetil-5-deazariboflavina (8-HDF) en las fotoliasas de deazaflavina . Aunque solo se requiere FAD para la actividad catalítica, el segundo cofactor acelera significativamente la velocidad de reacción en condiciones de poca luz. La enzima actúa por la transferencia de electrones en la que la flavina reducida FADH - se activa por energía de la luz y actúa como un donador de electrones para romper el dímero de pirimidina. [7]
Sobre la base de las similitudes de secuencia, las fotoliasas de ADN se pueden agrupar en unas pocas clases: [8] [9]
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- Las fotoliasas de CPD de clase 1 son enzimas que procesan las lesiones del dímero de pirimidina de ciclobutano (CPD) de bacterias Gram negativas y Gram positivas, las arqueas halófilas Halobacterium halobium .
- Las fotoliasas de CPD de clase 2 también procesan las lesiones de CPD. Se encuentran en plantas como el berro Arabidopsis thaliana y el arroz .
- Los criptocromos de plantas y hongos son similares a los CPD de clase 1. Son fotorreceptores de luz azul que median la expresión génica inducida por la luz azul y la modulación de los ritmos circadianos .
- Las liasas CPD de clase 3 constituyen un grupo hermano de los criptocromos vegetales, que a su vez son un grupo hermano de los CPD de clase 1.
- El grupo Cry-DASH son liasas CPD altamente específicas para el ADN monocatenario. Los miembros incluyen Vibrio cholerae , X1Cry de Xenopus laevis y AtCry3 de Arabidopsis thaliana . [5] DASH recibió inicialmente el nombre de Drosophila , Arabidopsis , Synechocystis y Human , cuatro taxones que inicialmente se pensó que portaban esta familia de liasas. Desde entonces, la categorización ha cambiado. La parte "Cry" de su nombre se debió a las suposiciones iniciales de que eran criptocromos. [8]
- Las fotoliasas de ADN eucariotas (6-4) forman un grupo con criptocromos animales que controlan los ritmos circadianos. Se encuentran en diversas especies, incluidas Drosophila y humanos. Los criptocromos tienen su propia agrupación detallada. [9]
- 6-4 liasas bacterianas ( InterPro : IPR007357 ), también conocidas como grupo FeS-BCP, forman su propio grupo externo en relación con todas las fotoliasas.
La rama de CPD que no es de clase 2 tiende a agruparse en la clase 1 en algunos sistemas como PRINTS (PR00147). Aunque los miembros de los grupos más pequeños están de acuerdo, la filogenia puede variar mucho entre los autores debido a las diferencias en la metodología, lo que lleva a cierta confusión con los autores que tratan de encajar todo (con excepción de FeS-BCP) en una clasificación de dos clases. [9] Los criptocromos forman un grupo polifilético que incluye fotoliasas que han perdido su actividad de reparación del ADN y en su lugar controlan los ritmos circadianos. [8] [9]
Solicitud
La adición de fotoliasa de un alga verde azulada Anacystis nidulans a las células HeLa redujo parcialmente el daño del ADN causado por la exposición a los rayos UVB. [10]
Proteínas humanas que contienen este dominio
CRY1 ; CRY2 ;
Nomenclatura
El nombre sistemático de esta clase de enzimas es desoxirribociclobutadipirimidina pirimidina liasa . Otros nombres en uso común incluyen fotorreactivación enzima , photolyase DNA , la enzima DNA-fotorreactivación , ADN ciclobutano dipirimidina photolyase , photolyase ADN , photolyase desoxirribonucleico , photolyase deoxyribodipyrimidine , photolyase , PRE , PhrB photolyase , desoxirribonucleico photolyase ciclobutano dipirimidina , phr A photolyase , photolyase dipirimidina ( fotosensible) y desoxirribonucleado dímero de pirimidina liasa (fotosensible) . Esta enzima pertenece a la familia de las liasas , específicamente a la clase "general" de las liasas carbono-carbono.
Referencias
- ^ Yamamoto J, Shimizu K, Kanda T, Hosokawa Y, Iwai S, Plaza P, Müller P (octubre de 2017). "Pérdida de triptófano de cuarta transferencia de electrones en fotoliasa animal (6-4) afecta la actividad de reparación del ADN en células bacterianas". Bioquímica . 56 (40): 5356–5364. doi : 10.1021 / acs.biochem.7b00366 . PMID 28880077 .
- ^ Thiagarajan V, Byrdin M, Eker AP, Müller P, Brettel K (junio de 2011). "Cinética de la división del dímero de ciclobutano timina por ADN fotoliasa monitoreada directamente en la luz ultravioleta" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 108 (23): 9402–7. Código Bibliográfico : 2011PNAS..108.9402T . doi : 10.1073 / pnas.1101026108 . PMC 3111307 . PMID 21606324 .
- ^ Garrett RH, Grisham CM (2010). Bioquímica . Brooks / Cole, Cengage Learning. ISBN 978-0-495-10935-8. OCLC 984382855 .
- ^ Teranishi, M., Nakamura, K., Morioka, H., Yamamoto, K. y Hidema, J. (2008). "La fotoliasa de dímero de ciclobutano pirimidina nativa del arroz está fosforilada" . Fisiología vegetal . 146 (4): 1941–1951. doi : 10.1104 / pp.107.110189 . PMC 2287361 . PMID 18235036 .
- ^ a b Selby CP, Sancar A (noviembre de 2006). "Una clase de enzimas criptocromo / fotoliasa con actividad fotoliasa específica de ADN monocatenario" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 103 (47): 17696–700. Código Bibliográfico : 2006PNAS..10317696S . doi : 10.1073 / pnas.0607993103 . PMC 1621107 . PMID 17062752 .
- ^ Lucas-Lledó JI, Lynch M (mayo de 2009). "Evolución de las tasas de mutación: análisis filogenómico de la familia fotoliasa / criptocromo" . Biología Molecular y Evolución . 26 (5): 1143–53. doi : 10.1093 / molbev / msp029 . PMC 2668831 . PMID 19228922 .
- ^ Sancar A (junio de 2003). "Estructura y función de la ADN fotoliasa y fotorreceptores de luz azul de criptocromo". Revisiones químicas . 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 (mayo de 2015). "La estructura de fotoliasa de dímero de pirimidina de ciclobutano de clase III revela un nuevo sitio de unión del cromóforo de antena y vías alternativas de fotorreducción" . La revista de química biológica . 290 (18): 11504–14. doi : 10.1074 / jbc.M115.637868 . PMC 4416854 . PMID 25784552 .
- ^ a b c d Rivera AS, Ozturk N, Fahey B, Plachetzki DC, Degnan BM, Sancar A, Oakley TH (abril de 2012). "El criptocromo receptivo a la luz azul se expresa en un ojo de esponja que carece de neuronas y opsina" . La Revista de Biología Experimental . 215 (Parte 8): 1278–86. doi : 10.1242 / jeb.067140 . PMC 3309880 . PMID 22442365 .
- ^ Kulms D, Pöppelmann B, Yarosh D, Luger TA, Krutmann J, Schwarz T (julio de 1999). "Los efectos de la membrana nuclear y celular contribuyen de forma independiente a la inducción de la apoptosis en células humanas expuestas a la radiación UVB" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 96 (14): 7974–9. Código bibliográfico : 1999PNAS ... 96.7974K . doi : 10.1073 / pnas.96.14.7974 . PMC 22172 . PMID 10393932 .
Otras lecturas
- Eker AP, Fichtinger-Schepman AM (1975). "Estudios sobre una enzima fotorreactivante de ADN de Streptomyces griseus II. Purificación de la enzima". 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). "Mecanismo de acción de la ADN fotoliasa de Escherichia coli. I. Formación del complejo enzima-sustrato". J. Biol. Chem . 262 (1): 478–85. PMID 3539939 .
- Setlow JK, Bollum FJ (1968). "El tamaño mínimo del sustrato para la enzima fotorreactivante de levadura". Biochim. Biophys. Acta . 157 (2): 233–7. doi : 10.1016 / 0005-2787 (68) 90077-4 . PMID 5649902 .
enlaces externos
- Medios relacionados con Photolyase en Wikimedia Commons