Reverse gyrase
રિવર્સ ગાયરેસ એ પ્રકાર I ટોપોઆઇસોમરેઝ છે જે પ્રકાર II ટોપોઆઇસોમરેઝ ડીએનએ ગાયરેસ દ્વારા રજૂ કરાયેલ લાક્ષણિક નકારાત્મક સુપરકોઇલથી વિપરીત, ડીએનએમાં હકારાત્મક સુપરકોઇલનો પરિચય આપે છે. આ સકારાત્મક સુપરકોઇલ ડીએનએમાં દાખલ કરી શકાય છે જે નકારાત્મક રીતે સુપરકોઇલ્ડ અથવા સંપૂર્ણપણે હળવા હોય છે. જ્યાં ડીએનએ ગાયરેસ ટેટ્રામર બનાવે છે અને ડીએનએના ડબલ-સ્ટ્રેન્ડેડ પ્રદેશને વિભાજીત કરવામાં સક્ષમ છે, ત્યાં રિવર્સ ગાયરેસ માત્ર સિંગલ સ્ટ્રેન્ડેડ ડીએનએને વિભાજીત કરી શકે છે. વધુ ખાસ રીતે, રિવર્સ ગાયરેસ એ પ્રકાર આઇએ ટોપોઆઇસોમરેઝ વર્ગનો સભ્ય છે; નકારાત્મક અથવા હકારાત્મક રીતે સુપરકોઇલ્ડ ડીએનએ (જેને એટીપીની જરૂર નથી) ને આરામ કરવાની ક્ષમતા સાથે, પ્રકાર આઇએ ઉત્સેચકોમાં પણ આરએનએ-ટોપોઆઇસોમરેઝ પ્રવૃત્તિઓ હોય છે. આ આર. એન. એ. ટોપોઆઇસોમરેઝ લાંબા આર. એન. એ. સેરને "સ્યુડોકનોટ્સ" તરીકે ઓળખવામાં આવે છે તેમાં ગૂંચવણમાં રહેવામાં મદદ કરે છે. આર. એન. એ. સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવાની તેમની ક્ષમતાને કારણે, એવું માનવામાં આવે છે કે આ આજની તારીખમાં જોવા મળતા ઉત્સેચકોના સૌથી પ્રાચીન વર્ગમાંથી એક છે. રિવર્સ ગાયરેઝ એ તેની હકારાત્મક સુપરકોઈલિંગ પ્રવૃત્તિની દ્રષ્ટિએ ATP-આધારિત ટોપોઆઇસોમરેઝ છે, જો કે, રિવર્સ ગાયરેઝ ADP સાથેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા સકારાત્મક સુપરકોઇલ રજૂ કર્યા વિના પણ DNA સેરને આરામ આપી શકે છે. એન્ઝાઇમની રચનામાં હેલિકેઝ ડોમેન, જે ન્યુક્લિક એસિડને અલગ કરવા માટે જવાબદાર છે, અને ટોપોઆઇસોમરેઝ ડોમેન, જે ડીએનએમાં કોઇલની વાસ્તવિક રજૂઆત માટે જવાબદાર છે, એમ બંનેનો સમાવેશ થાય છે. જો કે, યાંત્રિક અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે આ બંને ક્ષેત્રો અલગથી નબળી પ્રવૃત્તિઓ પ્રદર્શિત કરે છે અને જ્યારે એકસાથે કામ કરે છે ત્યારે જ કાર્યક્ષમ ડીએનએ પોઝિટિવ સુપરકોયલિંગ પ્રવૃત્તિ કરી શકે છે. અન્ય અભ્યાસોએ એ પણ દર્શાવ્યું છે કે રિવર્સ ગાયરેસ ઉત્સેચકો સિંગલ-સ્ટ્રેન્ડેડ ડીએનએ વિરુદ્ધ ડબલ-સ્ટ્રેન્ડેડ ડીએનએના પ્રદેશો પર તરફેણકારી રીતે હુમલો કરે છે, જે સૂચવે છે કે આ ઉત્સેચકનું નિર્ણાયક જૈવિક કાર્ય પીગળેલા ડીએનએ સ્ટ્રેન્ડ્સના સતત પુનઃસ્થાપનની ખાતરી કરવા માટે છે, ખાસ કરીને સજીવોમાં જે ઊંચા તાપમાને વૃદ્ધિ પામે છે. આ ઉત્સેચકને ઘણા આર્કિયામાં વ્યાપક રીતે વર્ગીકૃત કરવામાં આવ્યું છે, જેમાં સલ્ફોલોબસ એસિડોકોલ્ડેરિયસ રિવર્સ ગાયરેસ એ સૌપ્રથમ લાક્ષણિકતાઓમાંનું એક છે. વધુમાં, એવું જાણવા મળ્યું છે કે તમામ થર્મોફિલિક બેક્ટેરિયા અને આર્કિયામાં ઓછામાં ઓછું એક રિવર્સ ગાયરેસ એન્ઝાઇમ હોય છે. કેટલાક સજીવો, જેમ કે ક્રેનાર્કેયોટા વંશના સભ્યો, બે રિવર્સ ગાયરેસ ઉત્સેચકો પણ ધરાવે છેઃ ટોપઆર 1, જે વધેલા તાપમાનમાં સક્રિય રહેવાનું વલણ ધરાવે છે, અને ટોપઆર 2, જે નીચા અને ઊંચા બંને તાપમાનમાં પ્રવૃત્તિ દર્શાવે છે. અન્ય અપવાદરૂપ સજીવોમાં નેનોઆર્કિયમ ઇક્વિટન્સનો સમાવેશ થાય છે, જેનું રિવર્સ ગાયરેસ એન્ઝાઇમ કુદરતી રીતે બે અલગ પેપ્ટાઇડ્સ વિરુદ્ધ ટોપોઆઇસોમરેઝ આઇએ ડોમેન અને હેલિકેઝ ડોમેન સાથે લાક્ષણિક મોનોમેરિક પોલિપેપ્ટાઇડ તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે. વર્ગીકરણ ઉપરના માહિતી બૉક્સમાં જોવા મળે છે તેમ, રિવર્સ ગાયરેઝને ઇસી નંબર 5.6.2.2 હેઠળ નિયુક્ત કરવામાં આવે છે. આ કોડની પ્રથમ સંખ્યા (5) ઉત્સેચકોની ઓળખને આઇસોમેરેઝ તરીકે સૂચવે છે. જ્યારે ઉત્સેચક પોતે ટોપોઆઇસોમરેઝ અને હેલિકેઝ જેવા ડોમેન બંને ધરાવે છે, એક ગાયરેસ તરીકે, તે મુખ્યત્વે ટોપોઆઇસોમરેઝ છત્ર હેઠળ વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. વધુમાં, 5.6 નંબર આ પરમાણુને આઇસોમેરેઝ તરીકે નિયુક્ત કરે છે જે સેલ્યુલર અણુઓમાં રચના બદલવામાં સક્ષમ છે. 5.6.2 એન્ઝાઇમને ન્યુક્લીક એસિડ અથવા ડીએનએની રચનામાં ફેરફાર કરવા માટે સક્ષમ હોવાનું સૂચવે છે. છેલ્લે, 5.6.2.2 નું સંપૂર્ણ હોદ્દો આ ઉત્સેચકને ATP-આધારિત DNA ટોપોઆઇસોમરેઝ તરીકે વર્ણવે છે. માળખું રિવર્સ ગાયરેઝનું સ્ફટિક માળખું સંપૂર્ણ રીતે દર્શાવવામાં આવ્યું છે, અને થર્મોટોગા મેરિટિમામાં જોવા મળતા ઉત્સેચકના આધારે સ્ફટિક માળખું બનાવવામાં આવ્યું છે. સક્રિય સાઇટ રિવર્સ ગાયરેસમાં હેલિકેઝ અને ટોપોઆઇસોમરેઝ ડોમેન્સ હોય છે. સક્રિય સ્થળ, જ્યાં ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ એન્ઝાઇમ દ્વારા બંધાયેલા હોય છે, તે એએસપી78, ફે75, જીએલએન83, લાઇસ106, એએસપી203 અને થ્રી 107 અવશેષો દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. એવી ધારણા કરવામાં આવે છે કે H1 અને H2 પેટા ડોમેન્સમાં ન્યુક્લિયોટાઇડ-બંધનકર્તા ક્ષમતાઓ પણ હોય છે, અને ડીએનએ સ્ટ્રાન્ડ આ પેટા ડોમેન્સ દ્વારા પકડવામાં સક્ષમ હોય છે અને ત્યારબાદ સકારાત્મક સુપરકોઈલિંગ પૂર્ણ કરવા માટે એન્ઝાઇમના ટોપોઆઇસોમરેઝ ડોમેન દ્વારા કંટાળી જાય છે. 10 જેટલા નાના એમિનો એસિડથી લઈને 120 જેટલા મોટા એમિનો એસિડ સુધીના ડોમેન કદ સાથે, લેચ ડોમેન પ્રજાતિઓમાં પરિવર્તનશીલ હોવાનું જણાય છે. લેચને ટોપોઆઇસોમરેઝ ડોમેનને નકારાત્મક સુપરકોઇલ બનાવતા અને ડીએનએને હળવા કરતા અટકાવવા માટે નિયંત્રણ પદ્ધતિ તરીકે કાર્ય કરવાનું માનવામાં આવે છે, અને તેના બદલે એન્ઝાઇમને હેલિકેસ ડોમેનના સ્ટ્રાન્ડ પેસેજ પગલું દરમિયાન એટીપી-આધારિત રીતે સકારાત્મક સુપરકોઇલ બનાવવાની મંજૂરી આપે છે. ઝિંક ફિંગર્સ રિવર્સ ગાયરેસ એન્ઝાઇમમાં ઝિંક ફિંગર ડોમેન હોય છે, જ્યાં બે ઝિંક આયન એન્ઝાઇમેટિક કાર્યનું સંકલન કરવામાં મદદ કરે છે. પ્રથમ ઝિંક આયન ચાર સિસ્ટીન અવશેષો સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા રાખવામાં આવે છે. બીજો ઝિંક આયન હંમેશા રિવર્સ ગાયરેસ ઉત્સેચકોમાં જોવા મળતો નથી. જો કે, જ્યારે હાજર હોય ત્યારે, બંને આયન ન્યુક્લિક એસિડ માટે બંધનકર્તા સ્થળની નજીક જોવા મળે છે. એવું માનવામાં આવે છે કે આ જસતની આંગળીઓ ડીએનએ અને સ્ટ્રાન્ડ પેસેજની પ્રારંભિક બંધનમાં ભૂમિકા ભજવે છે, પરંતુ તેમની ક્રિયાની ચોક્કસ પદ્ધતિઓ સજીવો વચ્ચે બદલાય છે. થર્મોફાઇલનું મહત્વ એવા સજીવો કે જે પ્રમાણભૂત તાપમાન અને દબાણની પરિસ્થિતિઓમાં રહે છે, અથવા મેસોફિલ્સ (20 ડિગ્રી સેલ્સિયસ અને 40 ડિગ્રી સેલ્સિયસ વચ્ચે તાપમાનની શ્રેણીમાં રહેતા), તેમના ડીએનએ સ્ટ્રાન્ડમાં નકારાત્મક સુપરકોયલિંગ ધરાવે છે. આ આનુવંશિક સામગ્રીને ઘનીકરણ કરવામાં મદદ કરે છે જેથી તે યજમાન કોષોમાં (અથવા યુકેરીયોટ્સના કિસ્સામાં, કોષના પરમાણુ પ્રદેશમાં) બંધબેસે. નકારાત્મક સુપરકોઈલિંગ, જેને અન્ડરવાઇન્ડિંગ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે ડીએનએ સ્ટ્રાન્ડના ઘડિયાળની વિરુદ્ધ દિશામાં વળાંકમાં પરિણમે છે. નકારાત્મક સુપરકોઈલિંગ વિવિધ સેલ્યુલર પ્રક્રિયાઓ માટે ઉપલબ્ધ ડીએનએ સ્ટ્રેન્ડ્સને છોડી દે છે, જેમ કે જીનોમ પ્રતિકૃતિ અને ટ્રાન્સક્રિપ્શન, કારણ કે ડીએનએને સામાન્ય રીતે વિકૃત કરવા અને યોગ્ય ઉત્સેચકો દ્વારા એક્સેસ કરવા માટે અન્ડરરાઉન્ડ હોવું જરૂરી છે. બીજી બાજુ, થર્મોફાઇલ્સ (સજીવો કે જે 40 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી 122 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધીના તાપમાનમાં જીવી શકે છે) તેમના ડીએનએમાં ઘણા હકારાત્મક સુપરકોઇલ જાળવી રાખે છે, જેથી આ ઊંચા તાપમાનની વિકૃતિકરણ ક્ષમતાઓ હેઠળ ડીએનએની માળખાકીય અખંડિતતા જાળવવામાં મદદ મળે. પોઝિટિવ સુપરકોઈલિંગ, જેને ઓવરવાઇન્ડિંગ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, તે સ્ટ્રાન્ડના ઘડિયાળની દિશામાં વળાંકમાં પરિણમે છે. અગાઉ શોધાયેલું છે તેમ, ડીએનએ સ્ટ્રેન્ડ્સમાં હકારાત્મક સુપરકોઇલ જાળવવાનો સૌથી મોટો ફાયદો એ છે કે ઊંચા તાપમાને સ્ટ્રેન્ડ્સના વિભાજનને અટકાવવું. જ્યારે સકારાત્મક સુપરકોઈલિંગ ચોક્કસપણે થર્મોફાઇલ્સમાં વધુ સામાન્ય છે, ત્યારે સકારાત્મક સુપરકોઈલિંગ મેસોફિલિક સજીવોમાં જોવા મળે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ટેલોમેરેસ અને કન્ડેન્સિન્સ બંને રંગસૂત્ર માળખામાં યોગદાન આપવાના સાધન તરીકે હકારાત્મક સુપરકોઈલિંગનો ઉપયોગ કરી શકે છે. વધુમાં, રિવર્સ ગાયરેસ એન્ઝાઇમ થર્મોફાઇલ્સ માટે વિશિષ્ટ નથી. કેટલાક રિવર્સ ગાયરેસ ઉત્સેચકો થર્મોફિલિક તાપમાન શ્રેણીની બહાર પણ કાર્ય કરે છે, જે સૂચવે છે કે મેસોફિલિક તાપમાન પર કેટલાક સજીવો હોઈ શકે છે જે આ ઉત્સેચકનો ઉપયોગ કરે છે. સુપરકોઈલિંગ મિકેનિઝમ એવી શંકા છે કે રિવર્સ ગાયરેસ એન્ઝાઇમના હેલિકેઝ અને ટોપોઆઇસોમરેઝ ડોમેન્સ ડીએનએમાં પોઝિટિવ સુપરકોઈલિંગને પ્રોત્સાહન આપવા માટે સાથે મળીને કામ કરે છે. જો કે, ક્રિયાઓની ચોક્કસ પદ્ધતિઓ સજીવો વચ્ચે અલગ હોવાનું જણાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, સલ્ફોલોબસ સોલ્ફેટેરિકસ અને થર્મોટોગા મેરિટિમા હેલિકેસ પ્રવૃત્તિના સંદર્ભમાં વિપરીત ઘટનાનો અનુભવ કરે છેઃ સલ્ફોલોબસ સોલ્ફેટેરિકસ હેલિકેસની એટીપીને હાઇડ્રોલાઇઝ કરવાની ક્ષમતા ટોપોઆઇસોમરેઝ દ્વારા સક્રિય થાય છે, જ્યારે થર્મોટોગા મેરિટિમા એટીપી હાઇડ્રોલાઇસીસ ક્ષમતા હેલિકેઝ દ્વારા ટોપોઆઇસોમરેઝ ડોમેન દ્વારા ઘટાડવામાં આવે છે. જ્યારે ડીએનએ સાથે બંધાયેલ હોય, ત્યારે રિવર્સ ગાયરેસ ડાબા હાથના આવરણ દ્વારા માળખામાં ફેરફારને પ્રેરિત કરે છે, જે વધુ કે ઓછું અનવાઇન્ડિંગ તરીકે કાર્ય કરે છે. ખાસ કરીને, એસ. સોલ્ફેટેરિકસ (એક ક્રેનાર્કેયોટા ટોપઆર2 રિવર્સ ગાયરેસ) માં જોવા મળતું રિવર્સ ગાયરેસ ડીએનએ માળખા સાથે જોડાવા પર આશરે 20 બેઝ જોડીઓનું અનવાઇન્ડિંગ શરૂ કરે છે. ડીએનએ સાથે પ્રારંભિક બંધન પર, હેલિકેઝ ડોમેન ખુલ્લી રચનામાં હોય છે, જ્યારે ટોપોઆઇસોમરેઝ આઇએ ડોમેન બંધ રચનામાં હોય છે. રિવર્સ ગાયરેસ માળખા સાથે એટીપીના બંધન પછી, હેલિકેઝ ડોમેન બંધ થાય છે, અને ટોપોઆઇસોમરેઝ આઇએ ડોમેન ખુલે છે. આ નબળા પરપોટામાં 20 બેઝ જોડીઓમાંથી 10ની રીવાઇન્ડિંગને ટ્રિગર કરે છે, અને ટોપોઆઇસોમેરેઝ આઇએ ડોમેન સ્ટ્રાન્ડ પેસેજ દરમિયાન પોઝિટિવ સુપરકોઈલિંગ રજૂ કરી શકે છે. જેમ જેમ સ્ટ્રાન્ડ પેસેજ થાય છે તેમ, રિવર્સ ગાયરેઝનું ટોપોઆઇસોમરેઝ આઇએ ડોમેન ડીએનએ સ્ટ્રાન્ડની લિંકિંગ નંબર (ડીએનએનો સ્ટ્રાન્ડ અન્ય સ્ટ્રાન્ડની આસપાસ કેટલી વાર લપેટી લેવામાં આવે છે) ને વધારવા માટે સક્ષમ છે કારણ કે તે ફરીથી બનાવવામાં આવે છે. એટીપી હાઇડ્રોલિસિસ-પ્રેરિત રિવાઇન્ડીંગ પછી, રિવર્સ ગાયરેજ એન્ઝાઇમ ડોમેન્સ તેમની મૂળ સ્થિતિમાં પાછા ફરે છે (ઓપન હેલિકેઝ ડોમેન અને ક્લોઝ્ડ ટોપોઆઇસોમરેઝ આઇએ ડોમેન) અને રિવર્સ ગાયરેજ મુક્ત થાય છે, જે ડીએનએના નવા પ્રદેશ સાથે જોડાવા અને પ્રક્રિયાને પુનરાવર્તન કરવા માટે તૈયાર છે. ટોપોઆઇસોમરેઝ અને હેલિકેઝ ડોમેન્સ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં તફાવતોને ધ્યાનમાં લીધા વિના, સામાન્ય રીતે, જ્યારે ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ સક્રિય સ્થળ સાથે બંધાયેલા હોય ત્યારે રિવર્સ ગાયરેસ ઉત્સેચકો બધા રચનાત્મક ફેરફારોમાંથી પસાર થાય છે. સંદર્ભો વિકિપીડિયા વિદ્યાર્થી કાર્યક્રમ ઇસી 5.99.1