ADN girasa
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 mediante elongación de 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 .
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 los superenrollamientos positivos se acumulen antes que 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.
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 da como resultado 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]
Un estudio de una sola molécula [10] ha caracterizado la actividad girasa como una función de la tensión del ADN (fuerza aplicada) y ATP , y ha propuesto un modelo mecanoquímico. Al unirse al ADN (el estado "ADN girasa"), existe una competencia entre la envoltura y la disociación del ADN, donde el aumento de la tensión del ADN aumenta la probabilidad de disociación. Según 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- de 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]
