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DNA Helicases00:55

DNA Helicases

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DNA unwinding helicase enzymes are a type of motor protein. Motor proteins can translocate along filaments or polymers using energy generated from ATP hydrolysis. Helicases are involved in all the important cellular processes where DNA unwinding is required, such as DNA replication, repair, recombination, and transcription. They are present in all living organisms, but vary in their structure, function, and mechanism of action. For example, in prokaryotes, DnaB helicase binds and translocates...
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DNA Topoisomerases02:02

DNA Topoisomerases

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Topoisomerases are enzymes that relax overwound DNA molecules during various cell processes, including DNA replication and transcription. These enzymes regulate positive and negative DNA supercoiling without changing the nucleotide sequence. DNA overwinding in a clockwise direction results in positively supercoiled DNA, whereas underwinding in a counterclockwise direction produces negatively supercoiled DNA.
Types and Mechanism of action
Topoisomerases are divided into two main types. ...
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Conservative Site-specific Recombination and Phase Variation02:53

Conservative Site-specific Recombination and Phase Variation

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Because the DNA segments are cut and reorganized in a direction-specific manner, site-specific recombination has emerged as an efficient genetic engineering technique. Flippase and Cyclization recombinases or Flp and Cre, respectively, are two members of the tyrosine recombinase family derived from bacteriophages, that are used to mediate site-specific DNA insertions, deletions, and targeted expression of proteins in mammalian cell lines.
The recognition sites for Cre recombinase called LoxP...
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Modulación de la actividad de las hélices con control conformacional basado en la luz bajo demanda

Dmitriy Bobrovnikov1, Monika A Makurath2,3, Clara H Wolfe1

  • 1Department of Biophysics and Biophysical Chemistry, Johns Hopkins School of Medicine, Baltimore, Maryland 21205, United States.

Journal of the American Chemical Society
|September 22, 2023
PubMed
Resumen

Los investigadores diseñaron nuevas helicasas de ADN con actividad controlada por la luz. Estas "opto-helicasas" cambian entre estados inactivos y activos utilizando la luz, ofreciendo un control preciso sobre el desenrollo del ADN para aplicaciones futuras.

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Área de la Ciencia:

  • La bioquímica
  • Biología molecular
  • Ingeniería de proteínas

Sus antecedentes:

  • La ingeniería de proteínas requiere comprender las relaciones estructura-función.
  • Las helicasas de ADN son enzimas cruciales en el metabolismo del ADN.
  • El control de la actividad proteica con estímulos externos es un desafío clave.

Objetivo del estudio:

  • Para diseñar nuevas helicasas de ADN con actividad inducible a la luz.
  • Para lograr el control espacio-temporal sobre el desenrollamiento del ADN.
  • Explorar el potencial de la optogenética en la regulación de las enzimas.

Principales métodos:

  • Análisis estructural de los subdominios reguladores de la helicasa del ADN.
  • Ingeniería de proteínas de nuevas variantes de helicasa.
  • Incorporación de enlaces cruzados basados en azobenzeno para la isomerización inducida por la luz.
  • Caracterización mediante ensayos bioquímicos a granel y pinzas ópticas de una sola molécula.

Principales resultados:

  • Las helicasas diseñadas exhiben cambios conformacionales dependientes de la luz.
  • La isomerización del enlace cruzado de azobenzeno cambia la actividad de la helicasa entre estados inactivos y activos.
  • Se ha demostrado el control bajo demanda del desenrollamiento del ADN mediante la luz.
  • El análisis de una sola molécula confirmó la función de la helicasa modulada por luz.

Conclusiones:

  • Helicasas de ADN con capacidad de conmutación de luz ("optohelicasas") desarrolladas.
  • Logró un control espacial preciso sobre los estados de hibridación del ADN.
  • Las optohelicasas son prometedoras para aplicaciones que requieren un control dinámico de las interacciones de los ácidos nucleicos.