As topoisomerases são enzimas que relaxam moléculas de DNA superenroladas durante vários processos celulares, incluindo replicação e transcrição do DNA. Estas enzimas regulam o superenrolamento positivo e negativo do DNA sem alterar a sequência de nucleótidos. O superenrolamento de DNA no sentido do relógio resulta em DNA superenrolado positivamente, enquanto que o subenrolamento no sentido anti-relógio produz DNA superenrolado negativamente.

Tipos e Mecanismos de ação

As topoisomerases estão divididas em dois tipos principais. As topoisomerases do Tipo I atuam sobre uma cadeia de DNA de cadeia dupla, e estão divididas em três categorias: IA, IB, e IC. O Tipo IA forma uma ligação covalente com a extremidade 5' da cadeia de DNA clivada e remove superenrolamentos negativos. Cria uma abertura de cadeia simples pela qual a cadeia oposta pode passar, resultando em uma molécula de DNA não emaranhada localmente. O Tipo IB forma uma ligação covalente com a extremidade 3' da cadeia de DNA quebrada e pode relaxar tanto positiva como negativamente DNA superenrolado. A enzima roda a cadeia simples cortada em torno da cadeia oposta, desenrolando o DNA no processo. O Tipo IC é principalmente encontrado em arquéias e tem um mecanismo semelhante ao tipo IB. A maioria das topoisomerases do Tipo I não requer ATP para relaxar DNA superenrolado.Com excepção da girase reversa, este tipo único de toposisomerase IA requer ATP e gera superenrolamentos positivos de DNA em vez de os desenrolar.

As topoisomerases do Tipo II são enzimas dependentes de ATP que cortam ambas as cadeias de uma hélice dupla de DNA. Elas estão divididas em dois subtipos, Tipo IIA e Tipo IIB. Estes subtipos são distinguidos pela sua estrutura e localização dos seus domínios proteicos. Ambos os subtipos têm mecanismos semelhantes; eles transferem um laço de DNA superenrolado intacto através da cadeia dupla quebrada, desembaraçando assim o enrolamento por um laço. A girase bacteriana, que pertence às topoisomerases do Tipo IIA, pode introduzir superenrolamento negativo no DNA e, portanto, é diferente de todas as outras topoisomerases conhecidas.