DNA Giraz

 DNA giraz veya basitçe giraz, topoizomeraz sınıfındaki bir enzimdir ve çift sarmallı DNA, uzatılan RNA-polimeraz veya öndeki helikaz ile çözülürken, ATP'ye bağlı bir şekilde topolojik gerilimi azaltan Tip II topoizomerazların bir alt sınıfıdır. devam eden çoğaltma çatalı. Enzim, DNA'nın negatif süper-sargısına neden olur veya pozitif süper-sargıları gevşetir. Bunu, bir çaprazlama oluşturacak şekilde şablonu ilmekleyerek, ardından çift sarmallardan birini keserek ve diğerini kırılmayı bırakmadan önce içinden geçirerek, her enzimatik adımda bağlantı sayısını ikişer değiştirerek yapar. Bu işlem, tek dairesel DNA'sı DNA giraz tarafından kesilen ve iki ucu daha sonra süper bobinler oluşturmak üzere birbiri etrafında bükülen bakterilerde meydana gelir. Giraz, ökaryotik plastidlerde de bulunur: sıtma paraziti Plasmodium falciparum'un apikoplastında ve çeşitli bitkilerin kloroplastlarında bulunur. Bakteriyel DNA giraz, nalidiksik asit, novobiyosin ve siprofloksasin dahil olmak üzere birçok antibiyotiğin hedefidir.

Girazın, ATP hidrolizi pahasına DNA'ya negatif süper sarmalları sokma konusundaki benzersiz yeteneği, bakteri DNA'sının serbest negatif süper sarmallara sahip olmasına izin veren şeydir. Girazın pozitif süper bobinleri gevşetme yeteneği, DNA replikasyonu ve prokaryotik transkripsiyon sırasında devreye girer. DNA'nın sarmal yapısı, DNA replikasyonu durumunda bir DNA polimerazı olan translokasyon yapan bir enzimin önünde pozitif süper bobinlerin birikmesine neden olur. Girazın (ve topoizomeraz IV'ün) pozitif süper-sargıları gevşetme yeteneği, replikasyonun devam edebilmesi için polimerazın önündeki süper sarmal gerilimin serbest bırakılmasına izin verir.

Giraz Yapısı

DNA giraz, 2 GyrA ("A") ve 2 GyrB ("B") alt biriminden oluşan tetramerik bir enzimdir. Yapısal olarak kompleks, 3 çift "kapı" tarafından oluşturulur, sıralı açma ve kapama, DNA segmentinin doğrudan transferine ve 2 negatif süper bobinin eklenmesine neden olur. N-geçitleri, GyrB alt birimlerinin ATPase alanları tarafından oluşturulur. 2 ATP molekülünün bağlanması dimerizasyona ve dolayısıyla kapıların kapanmasına yol açar. Hidroliz, aksine, onları açar. DNA bölünmesi ve yeniden birleşmesi, tüm giraz alt birimleri tarafından oluşturulan DNA kapılarında bulunan bir katalitik merkez tarafından gerçekleştirilir. C kapıları GyrA alt birimleri tarafından oluşturulur.

Giraz Aktivitesinin Mekanokimyasal Modeli

Tek bir molekül çalışması giraz aktivitesini DNA geriliminin (uygulanan kuvvet) ve ATP'nin bir fonksiyonu olarak nitelendirdi ve bir mekanokimyasal model önerdi. DNA'ya bağlandıktan sonra ("Gyrase-DNA" durumu), DNA sarma ve ayrışma arasında, artan DNA geriliminin ayrışma olasılığını arttırdığı bir rekabet vardır. Önerilen katalitik döngüye göre, 2 ATP molekülünün bağlanması, GyrB alt birimlerinin ATPaz alanlarının dimerizasyonuna ve GyrB alt birimleri arasındaki bir boşlukta DNA'nın bir T-segmentinin (transferden T-) yakalanmasına neden olur. Bir sonraki adımda enzim, DNA'nın bir G-segmentini (kapıdan G-) ayırır ve çift zincirli bir kırılma meydana getirir. Daha sonra, T-segmenti, ilk ATP molekülünün hidrolizinin eşlik ettiği kırılma yoluyla aktarılır. DNA giraz, bir G-segmentindeki kopmayı bağlar ve T-segmenti sonunda enzim kompleksini terk eder. İkinci ATP'nin hidrolizi, sistemi bir döngünün ilk adımına döndürür. Bir katalitik döngünün sonucu olarak, iki ATP molekülü hidrolize edilir ve DNA şablonuna iki negatif süper bobin verilir. Başlangıçta gevşemiş bir dairesel DNA'ya verilen süperhelikal dönüşlerin sayısının giraz tarafından hidrolize edilen ATP moleküllerinin sayısına yaklaşık olarak eşit olduğu hesaplanmıştır. Bu nedenle, iki ATP molekülünün giraz tarafından reaksiyon döngüsü başına hidrolize edildiği önerilebilir, -2'lik bir bağlantı farkının sunulmasına yol açar.

Antibiyotiklerle İnhibisyon

Giraz prokaryotlarda ve bazı ökaryotlarda bulunur, ancak enzimler yapı veya dizilim açısından tamamen benzer değildir ve farklı moleküller için farklı afinitelere sahiptir. Bu, girazı antibiyotikler için iyi bir hedef yapar. Girazı inhibe eden iki antibiyotik sınıfı şunlardır:

1. GyrB alt ünitesindeki ATPaz aktif bölgesine bağlanarak DNA girazın enerji transdüksiyonunun rekabetçi inhibisyonu ile çalışan aminokumarinler (novobiocin ve Coumermycin A1 dahil).[

2. Kinolonlar (nalidiksik asit ve siprofloksasin dahil) topoizomeraz zehirleri olarak bilinir. Enzimlere bağlanarak onu katalitik döngünün geçici bir adımında yakalarlar ve bir G-segmentinin yeniden birleşmesini engellerler. Bu, çift zincir kopmalarının birikmesine, replikasyon çatallarının durmasına ve hücre ölümüne neden olur. Kinolon dirençli bakteriler sıklıkla kinolon bağlanmasına direnen mutasyona uğramış topoizomerazları barındırır.

3. Alt birim A, oksolinik ve nalidiksik asitler gibi antibiyotikler tarafından seçici olarak inaktive edilir. Alt birim B, kumarermisin A1 ve novobiyosin gibi antibiyotikler tarafından seçici olarak inaktive edilir. Herhangi bir alt birimin inhibisyonu, süper büküm aktivitesini bloke eder.