ADN xirase

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. 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.
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. Modelo mecanoquímico da actividade da xirase
Un estudo da molécula 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. 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. Inhibición por antibióticos
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: As aminocoumarinas (como a novobiocina). As aminocoumarinas actúan por medio dunha inhibición competitiva da enerxía de transdución da ADN xirase ao unirse ao sitio activo con actividade ATPase situado na subunidade GyrB.
As quinolonas (como o ácido nalidíxico e a ciprofloxacina). As quinolonas únense a estes encimas e impídenlles que fagan a descatenación do ADN en replicación. As bacterias resistentes ás quinolonas xeralmente teñen topoisomerases mutadas que resisten a unión das quinolonas.
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.