La ADN girasa , o simplemente girasa , es una enzima dentro de la clase de topoisomerasa y es una subclase de topoisomerasas de tipo II [1] que reduce la tensión topológica de una manera dependiente de ATP, mientras que el ADN de doble hebra se desenrolla alargando la ARN-polimerasa [2 ] o por helicasa frente a la bifurcación de replicación progresiva . [3] [4] La enzima provoca un superenrollamiento negativodel ADN o relaja superenrollamientos positivos. Lo hace haciendo un bucle en la plantilla para formar un cruce, luego cortando una de las hélices dobles y pasando la otra a través de ella antes de liberar la ruptura, cambiando el número de enlace por dos en cada paso enzimático. Este proceso ocurre en bacterias , cuyo ADN circular único es cortado por ADN girasa y los dos extremos se retuercen entre sí para formar superenrollamientos. La girasa también se encuentra en plástidos eucariotas : se ha encontrado en el apicoplasto del parásito de la malaria Plasmodium falciparum [5] [6] y en cloroplastos de varias plantas. [7] La ADN girasa bacteriana es el objetivo de muchosantibióticos , incluidos ácido nalidíxico , novobiocina y ciprofloxacina .
ADN girasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 5.99.1.3 | |||||||
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 | |||||||
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La capacidad única de la girasa para introducir superenrollamientos negativos en el ADN a expensas de la hidrólisis del ATP [1] es lo que permite que el ADN bacteriano tenga superenrollamientos negativos libres. La capacidad de la girasa para relajar las superenrollamientos positivos entra en juego durante la replicación del ADN y la transcripción procariota . La naturaleza helicoidal del ADN hace que se acumulen superenrollamientos positivos antes de una enzima translocadora, en el caso de la replicación del ADN, una ADN polimerasa . La capacidad de la girasa (y de la topoisomerasa IV ) para relajar los superenrollamientos positivos permite que se libere la tensión del superhélice antes de la polimerasa para que la replicación pueda continuar.
Estructura girasa
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/2/22/Gyrase_structure_Dmitry_Sutormin_eng.png/220px-Gyrase_structure_Dmitry_Sutormin_eng.png)
La ADN girasa es una enzima tetramérica que consta de 2 subunidades GyrA ("A") y 2 GyrB ("B"). [8] Estructuralmente, el complejo está formado por 3 pares de "puertas", cuya apertura y cierre secuencial resulta en la transferencia directa del segmento de ADN y la introducción de 2 superenrollamientos negativos. Las puertas N están formadas por dominios ATPasa de subunidades GyrB. La unión de 2 moléculas de ATP conduce a la dimerización y, por lo tanto, al cierre de las puertas. La hidrólisis, por el contrario, los abre. La escisión y reunión del ADN se realiza mediante un centro catalítico ubicado en las puertas de ADN construidas por todas las subunidades de girasa. Las puertas C están formadas por subunidades GyrA. [9]
Modelo mecanoquímico de la actividad girasa
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/7/75/Gyrase_catalytic_cycle_eng_Sutormin_eng.png/220px-Gyrase_catalytic_cycle_eng_Sutormin_eng.png)
Un estudio de una sola molécula [10] ha caracterizado la actividad de la girasa como una función de la tensión del ADN (fuerza aplicada) y el ATP , y ha propuesto un modelo mecanoquímico. Tras la unión al ADN (el estado "ADN girasa"), existe una competencia entre el envoltorio y la disociación del ADN, donde el aumento de la tensión del ADN aumenta la probabilidad de disociación. De acuerdo con el ciclo catalítico propuesto, la unión de 2 moléculas de ATP provoca la dimerización de los dominios de ATPasa de las subunidades GyrB y la captura de un segmento T de ADN (T- de la transferencia ) en una cavidad entre las subunidades GyrB. En el siguiente paso, la enzima escinde un segmento G de ADN (G- desde la puerta ) haciendo una ruptura de doble hebra . Luego, el segmento T se transfiere a través de la rotura, que se acompaña de la hidrólisis de la primera molécula de ATP. La ADN girasa liga la ruptura en un segmento G hacia atrás y el segmento T finalmente abandona el complejo enzimático. La hidrólisis del segundo ATP devuelve el sistema al paso inicial de un ciclo. [11] Como resultado de un ciclo catalítico, se hidrolizan dos moléculas de ATP y se introducen dos superenrollamientos negativos en la plantilla de ADN. Se ha calculado que el número de vueltas superhelical introducidas en un ADN circular inicialmente relajado es aproximadamente igual al número de moléculas de ATP hidrolizadas por girasa [12] Por lo tanto, se puede sugerir que dos moléculas de ATP son hidrolizadas por ciclo de reacción por girasa, lo que lleva a la introducción de una diferencia de enlace de -2. [13]
Especificidad de girasa
Gyrase tiene una especificidad pronunciada para los sustratos de ADN. Se encontraron sitios de unión de girasa fuertes (SGS) en algunos fagos ( grupo Mu del bacteriófago ) y plásmidos ( pSC101 , pBR322 ). Recientemente, el mapeo de alto rendimiento de sitios de ADN girasa en el genoma de Escherichia coli utilizando el enfoque Topo-Seq [2] reveló un motivo de unión largo (≈130 pb) y degenerado que puede explicar la existencia de SGS. El motivo girasa refleja la envoltura del ADN alrededor del complejo enzimático y la flexibilidad del ADN. Contiene dos regiones periódicas en las que las islas ricas en GC se alternan con parches ricos en AT por un período cercano al período de la doble hélice del ADN (~ 10,5 pb). Las dos regiones corresponden a la unión del ADN por los dominios C-terminales de las subunidades GyrA y se asemejan al motivo de unión del nucleosoma eucariota. [2]
Inhibición por antibióticos
La girasa está presente en procariotas y algunos eucariotas, pero las enzimas no son completamente similares en estructura o secuencia y tienen diferentes afinidades por diferentes moléculas. Esto hace que la girasa sea un buen objetivo para los antibióticos . Dos clases de antibióticos que inhiben la girasa son:
- Las aminocumarinas (incluidas la novobiocina y la cumermicina A1 ), que actúan mediante la inhibición competitiva de la transducción de energía de la ADN girasa al unirse al sitio activo de la ATPasa en la subunidad GyrB. [14] [15]
- Las quinolonas (incluido el ácido nalidíxico y la ciprofloxacina ) se conocen como venenos de topoisomerasa. Al unirse a la enzima, la atrapan en un paso transitorio del ciclo catalítico, evitando la reunión de un segmento G. Esto da como resultado una acumulación de roturas de doble hebra , estancamiento de las horquillas de replicación y muerte celular. Las bacterias resistentes a las quinolonas suelen albergar topoisomerasas mutadas que resisten la unión de las quinolonas.
La subunidad A es inactivada selectivamente por antibióticos como los ácidos oxolínico y nalidíxico. La subunidad B es inactivada selectivamente por antibióticos como la cumermicina A 1 y la novobiocina. La inhibición de cualquiera de las subunidades bloquea la actividad de superretorcimiento. [dieciséis]
Fago T4
Los genes 39, 52 y 60 del fago T4 codifican proteínas que forman una ADN girasa que se emplea en la replicación del ADN del fago durante la infección del huésped bacteriano E. coli . [17] La proteína del gen 52 del fago comparte homología con la subunidad gyrA de la girasa bacteriana [18] y la proteína del gen 39 del fago comparte homología con la subunidad gyrB. [19] Dado que la ADN girasa de E. coli del huésped puede compensar parcialmente la pérdida de los productos génicos del fago, los mutantes defectuosos en los genes 39, 52 o 60 no anulan completamente la replicación del ADN del fago, sino que retrasan su inicio. [17] Los mutantes defectuosos en los genes 39, 52 o 60 muestran un aumento de la recombinación genética , así como un aumento de la sustitución de bases y la mutación por deleción, lo que sugiere que la síntesis de ADN compensada por el huésped es menos precisa que la dirigida por el fago de tipo salvaje. [20] Un mutante defectuoso en el gen 39 también muestra una mayor sensibilidad a la inactivación por irradiación ultravioleta durante la etapa de infección por fagos después del inicio de la replicación del ADN cuando están presentes múltiples copias del cromosoma del fago . [21]
Ver también
- Motivo de ARN GyrA
Referencias
- ↑ a b Garrett RH, Grisham CM (2013). Bioquímica (5ª, ed. Internacional). Estados Unidos: Mary Finch. pag. 949. ISBN 978-1-133-10879-5.
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enlaces externos
- PDBe-KB P0AES4 : una descripción general de toda la información de estructura disponible en el PDB para la subunidad A de ADN girasa de Escherichia coli
- PDBe-KB P0A2I3 : una descripción general de toda la información de estructura disponible en el PDB para la subunidad B de la ADN girasa de Salmonella enterica