Allgemeine Mikrobiologie

442 15ProkaryontischeGenetikundMolekularbiologie
Plus15.2 Typ-II-DNA-
TopoisomerasenalsAngriffsortin
derantibakteriellenTherapie
DieWirkungzahlreicherantibakteriellerTherapeutikaberuhtaufderHemmungderbeidenTyp-II-TopoisomerasenDNA-Gyraseund
Topoisomerase IV. Beide Enzyme erzeugen
einen Doppelstrangbruch in einem von
zwei durch Verdrillen benachbarten DNA-
Strängen, ziehen den intakten durch den
geöffneten Strang und verschließen den
offenen Strang anschließend wieder. Dieser
Prozess ist abhängig von ATP. Während die
Gyrase für viele Reaktionen an der DNA
erforderlich ist, spielt Topoisomerase IV
einebesondereRollebeiderDecatenierung,
d.h. der Trennung der Tochterchromosomen
nach der DNA-Replikation. Verschiedene
Wirkstoffe verhindern, dass die Doppelstrangbrüche
wieder verschlossen werden.
Chinolone (z. B. Nalidixinsäure) und
Fluorochinolone (z. B. Ciprofloxacin) binden
an die DNA-Topoisomerase-Komplexe während
Coumarine(z. B. Novobiocin) die ATPspaltende
Aktivität der Topoisomerasen
hemmen.InderFolgewerdendieBakterien
abgetötet.
umeindichtesKnäuel,indemdieDNAalsüberspiralisierteSuperhelix
vorliegt.OhnedieseÜberspiralisierungkönntenChromosomenmitetwa
4MillionenBasenpaarenundeinerLängeimMillimeterbereichinprokaryontischen
Zellen mit einer Größe im unteren Mikrometerbereich
nichtverpacktwerden.
EinewesentlicheRollebeiderBildungsuperhelikalerStrukturenspielt
dasEnzymDNA-Gyrase,einesogenannteTyp-II-Topoisomerase.DNA-
GyraseverdrehtDNA-Moleküle,führteinenDoppelstrangbruchaneiner
Stelleein,anderzweiDoppelsträngezusammentreffen,ziehtdenintaktendurchdengeöffnetenDoppelstrangundverschließtdieÖffnunganschließendwieder.DasErgebnisisteinenegativeÜberspiralisierungder
DNA,d.h.eineVerdrillungentgegenderrechtsgängigenHelixdrehrichtung.
Zur Veranschaulichung stelle man sich zwei Fäden vor, die an
einemEndefixiertsindundamanderenEndeimmerweiterineinerRichtung
gegeneinander verdreht werden. Bei einer bestimmten TorsionsspannungbildetsicheinKnäuel.EinebesondereFormvonDNA-Gyrase
–reverseGyrase–existiertinallenbisheruntersuchtenhyperthermophilenEubakterienundArchaebakterien.ReverseGyraseproduziertpositiv
überspiralisierteDNA,dieeineerhöhteHitzestabilitätbesitzt.
TopoisomerasensindfürdieReplikationderDNA,dieTranskription
von Genen und für Rekombinationsvorgänge essenziell, da bei diesen
ProzessendieSuperhelixstrukturenentwundenundanschließendwieder
erzeugt werden müssen. Bakterielle Typ-II-Topoisomerasen sind der
AngriffsortzahlreicherAntibiotika und Chemotherapeutika(Plus 15.2).
Eine weitere Topoisomerase, die Topoisomerase I, entspannt negativ
superhelikale DNA. Diese Auflockerung der superhelikalen Struktur ist
eineVoraussetzungfürProzessewiedieTranskriptiondurchRNA-Polymerase(Kap.15.8.2)unddieDNA-Replikation(Kap.15.2).NachIsolierung
des Nukleoids sind geordnete Domänen der Superhelix erkennbar
(Abb.15.1),vondenenesinE.colietwa50Stückgibt.DieseStrukturen
werden durch histonähnliche Proteine stabilisiert. In E. coli sind dies
hauptsächlich die Proteine HU (engl. heat-unstable nucleoid protein),
IHF(engl.integrationhostfactor),FIS(engl.factorofinversionstimulation)
und H-NS (engl. histone-like nucleoid structuring protein)sowie
einKomplexausMUK-Proteinen(vonjap.mukaku,kernlos),derdieKondensationdesChromosomsaufrechterhältunddeshalbauchalsKondensinbezeichnetwird.EineVielzahlweitererProteineistdaranbeteiligt,das
NukleoidinderMittederZellezuverankernunddieTochterchromosomennachderReplikationzudenZellpolenzubewegen.Letzteresistfür
dieverlässlicheChromosomensegregationbeiderZellteilungerforderlich,
Abb. 15.1 Struktur des Nukleoids in situ und
nachSpreitung.
Aus Fuchs, G. : Allgemeine Mikrobiologie (ISBN 978-313-444608-1) © Georg Thieme Verlag KG 2007
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