Топоизомеразы - это ферменты, которые расслабляют суперскрученные молекулы ДНК во время различных клеточных процессов, включая репликацию ДНК и транскрипцию. Эти ферменты регулируют положительную и отрицательную суперспирализацию ДНК без изменения нуклеотидной последовательности. Чрезмерное закручивание ДНК по часовой стрелке приводит к положительной суперспирализации ДНК, тогда как недокручивание в направлении против часовой стрелки производит отрицательную суперспирализацию ДНК.

Типы и механизм действия

Топоизомеразы делятся на два основных типа. Топоизомеразы типа I действуют на одну цепь двухцепочечной ДНК, и они далее подразделяются на три категории: IA, IB и IC. Тип IA образует ковалентную связь с 5'-концом разделенной ДНК и удаляет отрицательные супервитки. Он создает однонитевой разрыв, через который может пройти противоположная нить, что приводит к локально распутанной молекуле ДНК. Тип IB образует ковалентную связь с 3'-концом разрванной цепи ДНК и может ослабить как положительную, так и негативную суперспирализацию ДНК. Фермент вращает разрезанную одиночную цепь вокруг противоположной цепи, раскручивая при этом ДНК. Тип IC в основном встречается у архей и имеет тот же механизм, что и тип IB. Большинству топоизомераз типа I не требуется АТФ для релаксации суперспиральной ДНК. За исключением обратной гиразы - этой уникальной топоизомеразе типа IA требуется АТФ, и она генерирует положительные суперспирали ДНК, а не раскручивает их.

Топоизомеразы типа II являются АТФ-зависимыми ферментами, которые разрезают обе цепи двойной спирали ДНК. Они подразделяются на два подтипа, тип IIA и тип IIB. Эти подтипы отличаются своей структурой и расположением белковых доменов. Оба подтипа имеют схожие механизмы, они переносят петлю неповрежденной суперспиральной ДНК через разорванную двойную цепь, тем самым разматывая спираль на одну петлю. Бактериальная гираза, которая относится к топоизомеразам типа IIA, может вызывать отрицательную суперспирализацию в ДНК и, таким образом, отличается от всех других известных топоизомераз.