Abrir o menú principal

A ADN xirase (ou DNA xirase ou ADN topoisomerase II), ás veces denominada simplemente xirase, é un encima que alivia a tensión xerada no ADN cano o ADN bicatenario está sendo desenrolado por unha helicase.[1][2] Isto causa un superenrolamento negativo no ADN. A ADN xirase pertence a un tipo de encimas chamados topoisomerases que provocan cambios na topoloxía do ADN. A ADN xirase bacteriana é a diana de moitos antibióticos, como o ácido nalidíxico, a novobiocina, e a ciprofloxacina. Superenrola negativamene (ou relaxa superenrolamentos positivos) no ADN ao formar un bucle no molde para formar un cruzamento, despois corta unha das dobre hélices e pasa a outra a través dela antes de liberar a rotura, cambiando o índice de ligazón por dous en cada paso encimático. O índice de ligazón ou número de enlace (linking number) é un parámetro do superenrolamento que especifica o número de veces que dúas febras dun círculo de ADN bicatenario están interenroladas. Este proceso ocorre en bacterias, cuxo ADN circular é cortado pola ADN xirase e os dous extremos resultantes son despois retorcidos un sobre o outro e forman o superenrolamento. Unha xirase atopouse tamén no apicoplasto do parasito da malaria Plasmodium falciparum, un eucariota unicelular.[3][4]

ADN xirase
1zxn.jpg
ADN topoisomerase IIA dímero, humana
Identificadores
Número EC 5.99.1.3
Bases de datos
IntEnz vista de IntEnz
BRENDA entrada de BRENDA
ExPASy vista de NiceZyme
KEGG entrada de KEGG
MetaCyc vía metabólica
PRIAM perfil
Estruturas PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Acción da xirase. Obsérvese a fibra que está por riba nos cruces antes e despois da acción da xirase.

A característica capacidade da xirase de introducir superenrolamentos negativos no ADN é o que permite que o ADN bacteriano teña superenrolamentos negativos libres. A habilidade da xirase de relaxar os superenrolamentos positivos entra en xogo durante a replicación do ADN e na transcrición procariótica. A natureza dextroxira da dobre hélice do ADN causa superenrolamentos positivos que se acumulan por diante dun encima que se transloca, que no caso da replicación do ADN, é unha ADN polimerase. A capacidade da xirase (e da topoisomerase IV) de relaxar superenrolamentos positivos permite que a tensión da superhélice por diante da polimerase se libere para que a replicación poida continuar.

A ADN xirase foi descuberta en 1976 por Gellert e colaboradores cando estaban estudando os factores necesarios para a integración do bacteriófago X en Escherichia coli.[5]

Modelo mecanoquímico da actividade da xiraseEditar

Un estudo da molécula[6] caracterizou a actividade da xirase como unha función da tensión do ADN (forza aplicada) e do ATP, e propuxo un modelo mecanoquímico. Ao unirse ao ADN (o estado "xirase-ADN"), hai unha competición entre o enroscamento e a disociación do ADN, no que o incremento da tensión do ADN incrementa a probailidade de disociación. Despois do enroscamento e hidrólise do ATP, introdúcense dous enrolamentos negativos no molde, o que dá a oportunidade de que se produzan máis enrolamentos e superenrolamentos. O número de xiros de superhélice introducidos nun ADN circular inicialmente relaxado calculouse que é aproximadamente igual ao número de moléculas de ATP hidrolizadas pola xirase.[7] Por tanto, suxeriuse que se hidrolizan pola xirase dúas moléculas de ATP por ciclo de reacción, o que leva a introducir unha diferenza de ligazón de -2.[5]

Inhibición por antibióticosEditar

A xirase está presente nos procariotas e nalgúns eucariotas, pero estes encimas non son totalmente similares en estrutura ou secuencia, e teñen diferentes afinidades por distintas moléculas. Isto fai que a xirase sexa unha boa diana para antibióticos. Sábese que dúas clases de antibióticos poden inhibir a xirase, que son:

A ADN xirase ten dúas subunidades, que á súa vez constan doutras dúas subunidades cada unha, é dicir, dúas subunidades A e dúas B. As subunidaes A e B únense xuntas ao ADN, hidrolizan o ATP, e introducen os superenrolamentos negativos. A subunidade A leva a cabo o corte no ADN, e a subunidade B introduce os superenrolamentos negativos, e despois a subunidade A volve a unir as febras cortadas. As fluoroquinolonas únense á subunidade A e interfiren coas súa función de cortar e volver a unir as febras.

A subunidade A é inactivada selectivamente por antibióticos como os ácidos nalidíxico e oxolínico. A subunidade B é inactivada selectivamente por antibióticos como a coumermicina A1 e a novobiocina. A inhibición de ambas as subunidades bloquea a actividade de superenrolamento.[8]

NotasEditar

  1. Wigley, D.B.; Davies, G.J.; Dodson, E.J.; Maxwell, A; Dodson, G (1991). "Crystal structure of an N-terminal fragment of the DNA gyrase B protein". Nature 351 (6328): 624–629. Bibcode:1991Natur.351..624W. PMID 1646964. doi:10.1038/351624a0. 
  2. Morais Cabral, J. H.; Jackson, A. P.; Smith, C. V.; Shikotra, N; Maxwell, A; Liddington, R. C. (1997). "Crystal structure of the breakage-reunion domain of DNA gyrase". Nature 388 (6645): 903–6. Bibcode:1997Natur.388..903M. PMID 9278055. doi:10.1038/42294. 
  3. "Molecular Cloning of Apicoplast-Targeted Plasmodium falciparum DNA Gyrase Genes: Unique Intrinsic ATPase Activity and ATP-Independent Dimerization of PfGyrB Subunit". EUKARYOTIC CELL: 398–412. 2007. 
  4. "A unique 45 amino acid region in the Toprim domain of Plasmodium falciparum GyraseB is essential for its activity. (2009)". Eukaryotic Cell 11 (8): 1759–69. 
  5. 5,0 5,1 Reece, Richard (1991). "DNA Gyrase: Structure and Function". Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology 26 (3/4): 335–375. doi:10.3109/10409239109114072.  pdf
  6. Gore J, Bryant Z, Stone MD, Nollmann M, Cozzarelli NR, Bustamante C, "Mechanochemical Analysis of DNA Gyrase Using Rotor Bead Tracking", Nature 2006 Jan 5 (Vol. 439): 100-104.
  7. Sugino, Akio (1980-10-07). "The Intrinsic ATPase of DNA Gyrase". Journal of Biological Chemistry 255 (13). 
  8. Engle, E C; Manes, S H; Drlica, K. "Differential effects of antibiotics inhibiting gyrase". Journal of Bacteriology.