A DNA-girase é uma topoisomerase do tipo II A presente em procariotos, sendo muito bem estudada em bactérias Escherichia coli. A girase é uma topoisomerase tipo II especializada, capaz de introduzir superenrolamentos negativos em um DNA circular através de uma reação dependente de ATP, uma característica que a torna única entre as topoisomerases. Todas as outras topoisomerases, com exceção da girase reversa, apenas relaxam superenrolamentos.Voet, Donald. Bioquímica. Artmed, 2013
As topoisomerases do tipo II também são capazes de concatenar e desencadear círculos de fita dupla, bem como de atar e desatar nós nesses mesmos círculos. Essas enzimas têm a função de desemaranhar o DNA durante processos replicação, reparo e recombinação do DNA, bem como na segregação dos cromossomos-filhos nas células em divisão.
Estrutura da DNA-girase A enzima DNA-girase é composta por subunidades A e B, que formam um heterotetrâmero A2B2. As subunidades A e B da girase são denominadas GyrA e GyrB.
A subunidade GyrB contém pelo menos três domínios: (1) um domínio atípico de ligação ao ATP formado por uma nova dobra chamado de "Bergerat fold" seguido por uma região de bandas antiparalelas; (2) um domínio de ligação a ácidos nucleicos encontrado na proteína ribossômica S5; e (3) um domínio envolvido na reação de topoisomerização partilhada por topoisomerases tipo IA e tipo IIa, bem como por primases do tipo DnaG e algumas nucleases, denominado domínio "Toprim”.
A subunidade GyrA contém uma região envolvida principalmente na atividade de clivagem / religação que é semelhante ao domínio de ligação ao DNA CAP também encontrado no tipo Topoisomerases IA e tipo IIb. Finalmente, o terminal carboxilo de GyrA contém resíduos essenciais para o envolvimento do DNA em torno da estrutura da girase e não é conservado dentro da família IIa.
Função da DNA-girase A girase cliva as fitas de um dúplex de DNA, passando um dúplex por entre a região de quebra e ligando, novamente, as duas fitas separadas.
Uma grande quantidade de dados bioquímicos e estruturais foi acumulada a partir dos estudos da E. coli girase, produzindo uma imagem relativamente clara do seu mecanismo. Os estudos realizados sugerem como modelo o tipo passagem de fita para o mecanismo das topoisomerases do tipo IIA. miniaturadaimagem|Mecanismo de ação proposto para a enzima DNA-girase. Modelo passagem de fita. A enzima captura um DNA duplex e depois o segmento de DNA envolve a enzima formando um cruzamento positivo que é convertido em um cruzamento negativo por clivagem de fita dupla, passagem e religação. No modelo do tipo passagem de fita, o dúplex de DNA a ser clivado (segmento G-gate) liga-se à fenda que atravessa o topo do domínio clivagem/reunião. A ligação do ATP ao domínio de ligação de ATP induz, então, uma sequência de mudanças conformacionais, nas quais um segmento é clivado e os dois fragmentos resultantes são separados um do outro por pelo menos 20 A, pela ação da proteína. Isso permite a passagem do segmento de DNA transportado (segmento T), através da quebra no DNA e do portão superior do domínio de quebra/reunião da enzima (que pode conter também porções do domínio ATPase) para dentro do seu orifício central, incrementando, assim, o número de ligação do DNA em 2 unidades, ou seja o resultado é a produção líquida de dois superenrolamentos negativos em um DNA circular. Depois, em um processo que é acompanhado pela hidrólise de ATP, o portão superior fecha para selar novamente o DNA clivado, e o segmento transportado passa pelo portão inferior do domínio de quebra/reunião. Finalmente, o ADP e o Pi resultantes são liberados e o portão inferior fecha para formar a enzima reciclada.
Inibidores farmacológicos As topoisomerases do tipo IIA bacterianas são inibidas por várias substâncias que são incapazes de afetar eucariotos. Dentre elas se pode citar a novobiocina, um membro da família de antibióticos da cumarina derivados de Streptomyces, e a ciprofloxacina (nome comercial Cipro), um membro da família de antibióticos da quinolona, gerados sinteticamente. Esses agentes inibem profundamente os processos de replicação do DNA e de transcrição do RNA em bactérias, demonstrando, a importância do superenrolamento adequado do DNA nesses processos.
Estudos realizados anteriores demonstraram que a ciprofloxacina associa-se com a GyrA e a novobiocina liga-se à GyrB.
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