Reverse gyrase
रिवर्स जाइरेस एक प्रकार I टोपोआइसोमेरेस है जो डी. एन. ए. में सकारात्मक सुपरकॉइल का परिचय देता है, जो टाइप II टोपोआइसोमेरेस डी. एन. ए. जाइरेस द्वारा पेश किए गए विशिष्ट नकारात्मक सुपरकॉइल के विपरीत है। इन सकारात्मक सुपरकॉइल को डी. एन. ए. में पेश किया जा सकता है जो या तो नकारात्मक रूप से सुपरकॉइल्ड होता है या पूरी तरह से शिथिल होता है। जहाँ डी. एन. ए. जाइरेस एक टेट्रामर बनाता है और डी. एन. ए. के दोहरे फंसे हुए क्षेत्र को अलग करने में सक्षम होता है, वहाँ रिवर्स जाइरेस केवल एकल फंसे हुए डी. एन. ए. को अलग कर सकता है। अधिक विशेष रूप से, रिवर्स जाइरेस प्रकार आई. ए. टोपोइसोमरेज़ वर्ग का एक सदस्य है; नकारात्मक या सकारात्मक रूप से सुपरकॉइल्ड डी. एन. ए. (जिसे ए. टी. पी. की आवश्यकता नहीं होती है) को आराम करने की क्षमता के साथ, प्रकार आई. ए. एंजाइमों में आर. एन. ए.-टोपोइसोमरेज़ गतिविधियाँ भी होती हैं। ये आर. एन. ए. टोपोआइसोमेरेस लंबे आर. एन. ए. तारों को "स्यूडोकनॉट्स" में उलझने से रोकने में मदद करते हैं। आर. एन. ए. के साथ अंतःक्रिया करने की उनकी क्षमता के कारण, यह माना जाता है कि यह आज तक पाए जाने वाले एंजाइमों के सबसे प्राचीन वर्गों में से एक है। रिवर्स जाइरेस अपनी सकारात्मक सुपरकॉइलिंग गतिविधि के संदर्भ में एक ए. टी. पी.-निर्भर टोपोआइसोमेरेस है, हालांकि, रिवर्स जाइरेस ए. डी. पी. के साथ बातचीत के माध्यम से सकारात्मक सुपरकॉइल पेश किए बिना डी. एन. ए. स्ट्रैंड को भी आराम दे सकता है। एन्जाइम की संरचना में एक हेलिकेस डोमेन शामिल है, जो न्यूक्लिक एसिड को अलग करने के लिए जिम्मेदार है, और एक टोपोआइसोमरेज़ डोमेन, जो डीएनए में कुंडलियों के वास्तविक परिचय के लिए जिम्मेदार है। हालांकि, यंत्रवादी अध्ययनों से पता चला है कि ये दोनों क्षेत्र अलग-अलग कमजोर गतिविधियों को प्रदर्शित करते हैं और एक साथ काम करते समय केवल कुशल डीएनए पॉजिटिव सुपरकॉइलिंग गतिविधि कर सकते हैं। अन्य अध्ययनों से यह भी पता चला है कि रिवर्स जाइरेस एंजाइम एकल-फंसे हुए डीएनए बनाम दोहरे फंसे हुए डीएनए के क्षेत्रों पर अनुकूल रूप से हमला करते हैं, जिससे पता चलता है कि इस एंजाइम का महत्वपूर्ण जैविक कार्य पिघले हुए डीएनए स्ट्रैंड के निरंतर पुनर्जन्म को सुनिश्चित करना है, विशेष रूप से उन जीवों में जो उच्च तापमान पर बढ़ते हैं। इस एंजाइम को कई आर्किया में व्यापक रूप से चिह्नित किया गया है, जिसमें सल्फोलोबस एसिडोकैल्डेरियस रिवर्स गायरेस पहली विशेषताओं में से एक है। इसके अतिरिक्त, यह पाया गया है कि सभी थर्मोफिलिक बैक्टीरिया और आर्किया में कम से कम एक रिवर्स जाइरेस एंजाइम होता है। कुछ जीवों में, जैसे कि क्रेनार्कियोटा वंश के सदस्यों में, दो रिवर्स गायरेज एंजाइम भी होते हैंः टॉपआर1, जो बढ़े हुए तापमान में सक्रिय होता है, और टॉपआर2, जो कम और उच्च दोनों तापमानों में गतिविधि दिखाता है। अन्य असाधारण जीवों में नैनोआर्कियम इक्विटन्स शामिल हैं, जिनका रिवर्स जाइरेस एंजाइम स्वाभाविक रूप से दो अलग-अलग पेप्टाइड्स बनाम एक टोपोआइसोमेरेस आई. ए. डोमेन और एक हेलिकेस डोमेन के साथ विशिष्ट मोनोमेरिक पॉलीपेप्टाइड के रूप में मौजूद होता है। वर्गीकरण जैसा कि ऊपर दिए गए सूचना बॉक्स में देखा गया है, रिवर्स गायरेस को ईसी नंबर 5.6.2.2 के तहत नामित किया गया है। इस कोड (5) की पहली संख्या एंजाइमों की पहचान को एक आइसोमरेज़ के रूप में निर्दिष्ट करती है। जबकि एंजाइम में स्वयं एक टोपोइसोमरेज़ और हेलिकेज़ जैसे डोमेन दोनों होते हैं, एक जाइरेस के रूप में, इसे मुख्य रूप से टोपोइसोमरेज़ छतरी के तहत वर्गीकृत किया जाता है। इसके अलावा, 5.6 संख्या इस अणु को एक आइसोमरेज़ के रूप में नामित करती है जो सेलुलर अणुओं में संरचना को बदलने में सक्षम है। 5. 2 एंजाइम को आगे न्यूक्लिक एसिड, या डी. एन. ए., संरचनाओं को बदलने में सक्षम होने के रूप में नामित करता है। अंत में, 5.6.2.2 का पूर्ण पदनाम इस एंजाइम को एक ATP-निर्भर DNA टोपोइसोमरेज़ के रूप में दर्शाता है। संरचना रिवर्स गायरेज की क्रिस्टल संरचना को पूरी तरह से चिह्नित किया गया है, और थर्मोटोगा मारिटिमा में पाए जाने वाले एंजाइम के आधार पर एक क्रिस्टल संरचना का उत्पादन किया गया है। सक्रिय साइट रिवर्स जाइरेस में हेलिकेस और टोपोआइसोमेरेस डोमेन होते हैं। सक्रिय स्थल, जहाँ न्यूक्लियोटाइड्स एंजाइम से बंधे होते हैं, उसकी विशेषता ए. एस. पी. 78, पी. ई. 75, जी. एल. एन. 83, एल. आई. एस. 106, ए. एस. पी. 203 और टी. आर. 107 अवशेष होते हैं। यह परिकल्पना की गई है कि एच1 और एच2 उपक्षेत्रों में न्यूक्लियोटाइड-बंधन क्षमताएं भी होती हैं, और डी. एन. ए. स्ट्रैंड को इन उपक्षेत्रों द्वारा पकड़ा जा सकता है और बाद में सकारात्मक सुपरकॉइलिंग को पूरा करने के लिए एंजाइम के टोपोइसोमरेज़ डोमेन के माध्यम से पोषित किया जाता है। लैच डोमेन विभिन्न प्रजातियों में परिवर्तनशील प्रतीत होता है, जिसमें क्षेत्र का आकार 10 एमिनो एसिड से लेकर 120 एमिनो एसिड तक छोटा होता है। कुंडी को नकारात्मक सुपरकॉइल बनाने और डी. एन. ए. को आराम देने से टोपोआइसोमरेज़ डोमेन को रोकने के लिए एक नियंत्रण तंत्र के रूप में कार्य करने के लिए सोचा जाता है, और इसके बजाय एंजाइम को हेलिकेस डोमेन के स्ट्रैंड मार्ग चरण के दौरान ए. टी. पी.-निर्भर तरीके से सकारात्मक सुपरकॉइल बनाने की अनुमति देता है। जिंक फिंगर रिवर्स जाइरेस एंजाइम में एक जिंक फिंगर डोमेन होता है, जहां दो जिंक आयन एंजाइमेटिक कार्य को समन्वित करने में मदद करते हैं। पहला जस्ता आयन चार सिस्टीन अवशेषों के साथ अंतःक्रिया द्वारा रखा जाता है। दूसरा जस्ता आयन हमेशा रिवर्स जाइरेस एंजाइमों में नहीं पाया जाता है। हालांकि, जब मौजूद होते हैं, तो दोनों आयन न्यूक्लिक एसिड के लिए बंधन स्थल के पास पाए जाते हैं। ऐसा माना जाता है कि ये जस्ता उंगलियां डीएनए और स्ट्रैंड मार्ग के प्रारंभिक बंधन में भूमिका निभाती हैं, लेकिन उनकी क्रिया के सटीक तंत्र जीवों के बीच भिन्न प्रतीत होते हैं। थर्मोफाइल महत्व वाले जीव जो मानक तापमान और दबाव की स्थिति में रहते हैं, या मेसोफाइल (20 डिग्री सेल्सियस और 40 डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान की सीमा में रहने वाले), उनके डीएनए स्ट्रैंड में नकारात्मक सुपरकॉइलिंग होते हैं। यह आनुवंशिक सामग्री को संघनित करने में मदद करता है ताकि यह मेजबान कोशिकाओं (या यूकेरियोट्स के मामले में, कोशिका के परमाणु क्षेत्र के भीतर) के भीतर फिट हो जाए। नकारात्मक सुपरकॉइलिंग, जिसे अंडरवाइंडिंग भी कहा जाता है, के परिणामस्वरूप डी. एन. ए. स्ट्रैंड घड़ी की विपरीत दिशा में मुड़ता है। नकारात्मक सुपरकॉइलिंग विभिन्न कोशिकीय प्रक्रियाओं के लिए उपलब्ध डी. एन. ए. तारों को छोड़ देता है, जैसे कि जीनोम प्रतिकृति और प्रतिलेखन, क्योंकि डी. एन. ए. को आमतौर पर विकृत करने और उचित एंजाइमों द्वारा एक्सेस करने के लिए अंडरवाउंड होने की आवश्यकता होती है। दूसरी ओर, थर्मोफाइल (जीव जो 40 डिग्री सेल्सियस से लेकर 122 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान में रह सकते हैं) के बारे में सोचा जाता है कि वे अपने डीएनए में कई सकारात्मक सुपरकॉइल बनाए रखते हैं ताकि इन उच्च तापमानों की विकृतिकरण क्षमताओं के तहत डीएनए की संरचनात्मक अखंडता को बनाए रखने में सहायता मिल सके। पॉजिटिव सुपरकॉइलिंग, जिसे ओवरवाइंडिंग कहा जाता है, के परिणामस्वरूप स्ट्रैंड घड़ी की दिशा में मुड़ता है। जैसा कि पहले पता चला था, डी. एन. ए. तारों में सकारात्मक सुपरकॉइल को बनाए रखने के सबसे बड़े लाभों में से एक उच्च तापमान में तारों को अलग होने से रोकना है। जबकि सकारात्मक सुपरकॉइलिंग निश्चित रूप से थर्मोफाइल में अधिक आम है, सकारात्मक सुपरकॉइलिंग मेसोफिलिक जीवों में पाई गई है। उदाहरण के लिए, टेलोमेरेस और कंडेनसिन दोनों गुणसूत्र संरचना में योगदान करने के लिए एक साधन के रूप में सकारात्मक सुपरकॉइलिंग का उपयोग कर सकते हैं। इसके अलावा, रिवर्स जाइरेस एंजाइम थर्मोफाइल के लिए अनन्य नहीं है। कुछ रिवर्स जाइरेस एंजाइम थर्मोफिलिक तापमान सीमा के बाहर भी कार्य करते हैं, यह सुझाव देते हुए कि मेसोफिलिक तापमान पर कुछ जीव हो सकते हैं जो इस एंजाइम का उपयोग करते हैं। सुपरकॉइलिंग तंत्र यह संदेह है कि रिवर्स जाइरेस एंजाइम के हेलिकेस और टोपोआइसोमेरेस डोमेन डीएनए में सकारात्मक सुपरकॉइलिंग को बढ़ावा देने के लिए एक साथ काम करते हैं। हालाँकि, क्रिया के सटीक तंत्र जीवों के बीच भिन्न प्रतीत होते हैं। उदाहरण के लिए, सल्फोलोबस सोल्फेटेरिकस और थर्मोटोगा मारिटिमा हेलिकेस गतिविधि के संदर्भ में विपरीत घटनाओं का अनुभव करते हैंः सल्फोलोबस सोल्फेटेरिकस हेलिकेस की ए. टी. पी. को हाइड्रोलाइज करने की क्षमता टोपोइसोमेरेस द्वारा सक्रिय होती प्रतीत होती है, जबकि हेलिकेस के माध्यम से थर्मोटोगा मारिटिमा ए. टी. पी. हाइड्रोलिसिस क्षमता टोपोइसोमेरेस डोमेन द्वारा कम होती प्रतीत होती है। जब डी. एन. ए. से बंधा होता है, तो रिवर्स जाइरेस बाएं हाथ से लपेटने के माध्यम से संरचना में परिवर्तन को प्रेरित करता है, जो कमोबेश एक अनवाइंडिंग के रूप में कार्य करता है। विशेष रूप से, एस. सोल्फेटेरिकस (एक क्रेनार्कियोटा टॉपआर2 रिवर्स गायरेस) में पाया जाने वाला रिवर्स गायरेस एक डी. एन. ए. संरचना से जुड़ने पर लगभग 20 आधार जोड़े को खोलने की शुरुआत करता है। डी. एन. ए. के साथ प्रारंभिक बंधन पर, हेलिकेस डोमेन एक खुली संरचना में होता है, जबकि टोपोआइसोमेरेस आई. ए. डोमेन एक बंद संरचना में होता है। ए. टी. पी. के रिवर्स जाइरेस संरचना से जुड़ने के बाद, हेलिकेस डोमेन बंद हो जाता है, और टोपोआइसोमेरेस आई. ए. डोमेन खुल जाता है। यह अवांछित बुलबुले में 20 आधार जोड़ों में से 10 के रिवाइंडिंग को ट्रिगर करता है, और टोपोआइसोमेरेस आई. ए. डोमेन स्ट्रैंड मार्ग के दौरान सकारात्मक सुपरकॉइलिंग पेश कर सकता है। जैसे-जैसे स्ट्रैंड मार्ग होता है, रिवर्स गायरेस का टोपोआइसोमेरेस आई. ए. डोमेन डी. एन. ए. स्ट्रैंड की लिंकिंग संख्या (डी. एन. ए. के एक स्ट्रैंड को दूसरे स्ट्रैंड के चारों ओर कितनी बार लपेटा जाता है) को बढ़ाने में सक्षम होता है क्योंकि वे पुनर्निर्मित होते हैं। ए. टी. पी. हाइड्रोलिसिस-प्रेरित रिवाइंडिंग के बाद, रिवर्स जाइरेस एंजाइम डोमेन अपनी मूल स्थिति (ओपन हेलिकेस डोमेन और क्लोज्ड टोपोआइसोमेरेस आई. ए. डोमेन) में लौट आते हैं और रिवर्स जाइरेस जारी किया जाता है, जो डी. एन. ए. के एक नए क्षेत्र से जुड़ने और प्रक्रिया को दोहराने के लिए तैयार होता है। टोपोआइसोमरेज़ और हेलिकेज़ डोमेन के बीच बातचीत में अंतर के बावजूद, सामान्य रूप से, रिवर्स जाइरेस एंजाइम सभी संरचनात्मक परिवर्तनों से गुजरते हैं जब न्यूक्लियोटाइड्स सक्रिय साइट से बंधे होते हैं। संदर्भ विकिपीडिया छात्र कार्यक्रम ईसी 5.99.1