DNA girasa

La girasa (DNA girasa, EC 5.99.1.3) es una topoisomerasa bacteriana de tipo II (pág. 153-154) que introduce superenrollamiento negativo en el DNA (cap. 7), con gasto de ATP. Las topoisomerasas de tipo II cortan ambas hebras del DNA y las resellan tras hacer pasar otra región de la doble hebra a través de la brecha (pág. 153).

Estructura

Se trata de una proteína tetramérica A2B2 con una masa molecular total cercana a 374 kDa. Las subunidades A (97 kDa) incluyen el centro de hidrólisis y ligamiento de la cadena de DNA. Las subunidades B (90 kDa) incluyen el centro catalítico ATPasa, que hidroliza el ATP → ADP + Pi Estructura 3D

Este modelo molecular no es la girasa completa, sino su parte central, responsable de la interacción con el DNA: dominio N-terminal de las subunidades A (2 tercios de la subunidad completa) dominio C-terminal de las subunidades B (la mitad de la subunidad completa). El centro catalítico ATPasa está en el dominio N-terminal de la subunidad B, no incluido en este modelo.

Inhibición

Los compuestos que inhiben a la girasa (o a otras tpoisomerasas) dificultan la replicación y la transcripción, por lo que son antibióticos. Se los clasifica como antibióticos de tipo 3 (pág. 272-274). Comprenden principalmente 2 familias estructurales que actúan por mecanismos diferentes:

Diversos compuestos de la familia de las quinolonas (como nalidíxico, norfloxacina y ciprofloxacina) se unen a la subunidad A y estabilizan su complejo con el DNA, bloqueando la acción de corte y ligamiento responsable de los cambios de superenrollamiento.

Otros compuestos, de la familia de las aminocumarinas (como novobiocina, clorobiocina y cumermicina A1), se unen al centro activo ATPasa en la subunidad B, desplazando al ATP e impidiendo así también la acción de la girasa.

Aplicaciones

Se han desarrollado aplicaciones del dominio N-terminal de la subunidad B (24 kDa, 220 aminoácidos) en la preparación de proteínas de fusión o quiméricas, debido a que se dimeriza cuando une el ligando doble cumermicina A1 y se disocia al unir el ligando simple novobiocina. Tal dimerización controlada es útil para que dichas proteínas quiméricas actúen o no como factores de transcripción en experimentos de clonación con expresión. (Recuérdese que muchos de estos factores se unen a las secuencias promotoras del DNA sólo si forman dímeros, con dos motivos ligantes que se asocian al surco mayor sobre secuencias palindrómicas, cap. 5.3 y 18.4)

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Referencias:

• Estructura parcial de la DNA girasa de la bacteria Escherichia coli K12 (3NUH.pdb) doi:10.2210/pdb3nuh/pdb
• La animación de la girasa en acción se utiliza con permiso expreso del autor – © 1998 Joaquim Roca (IBMB–CSIC, Barcelona).