Il DNA, il modello della vita, è una molecola a doppio filamento che può facilmente aggrovigliarsi a causa della sua lunghezza e delle costanti attività cellulari che ne manipolano la struttura. Questi intrecci, se non risolti, possono interrompere processi essenziali come la replicazione e la trascrizione del DNA, portando potenzialmente all’instabilità genomica e alla disfunzione cellulare.
La girasi, una topoisomerasi di tipo II, svolge un ruolo fondamentale nel districare i nodi del DNA e prevenire queste potenziali catastrofi. Ciò si ottiene rompendo temporaneamente entrambi i filamenti della doppia elica, facendo passare il segmento impigliato attraverso lo spazio risultante e quindi richiudendo il DNA.
Per comprendere come opera la girasi a livello molecolare, i biologi hanno utilizzato tecniche di imaging avanzate e modelli computazionali per visualizzare e simulare le interazioni dell'enzima con il DNA. Hanno scoperto che la girasi funziona con un meccanismo in due fasi.
Nella prima fase, la girasi si lega al DNA e induce un cambiamento conformazionale che apre la doppia elica, creando uno spazio transitorio tra i filamenti complementari. Questo passaggio richiede l’idrolisi dell’ATP, la valuta energetica cellulare, che fornisce l’energia necessaria per superare i forti legami che tengono insieme il DNA.
Una volta creato il divario, la girasi procede alla seconda fase. Trasporta attivamente il segmento di DNA impigliato attraverso lo spazio vuoto, districando efficacemente il nodo o rimuovendo eventuali vincoli topologici. Questo passaggio comporta una serie di cambiamenti conformazionali nell'enzima, consentendo una manipolazione precisa del DNA.
La comprensione dei meccanismi molecolari della girasi fornisce informazioni su come le cellule preservano l'integrità del loro materiale genetico. Questa conoscenza ha implicazioni per la nostra comprensione dei processi biologici fondamentali come la replicazione del DNA, la trascrizione e il mantenimento del genoma. Apre inoltre nuove strade per la ricerca nello sviluppo di antibiotici che prendono di mira la girasi nei batteri patogeni, aprendo la strada a nuove strategie terapeutiche.
