6.10: Topoizomerazy DNA

Topoizomerazy to enzymy, które rozluźniają nadmiernie nawinięte cząsteczki DNA podczas różnych procesów komórkowych, w tym replikacji i transkrypcji DNA. Enzymy te regulują superzwijanie dodatniego i ujemnego DNA bez zmiany sekwencji nukleotydów. Nawijanie DNA w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara powoduje dodatnio superskręcone DNA, podczas gdy niedowijanie w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara wytwarza ujemnie superskręcone DNA.

Rodzaje i mechanizm działania

Topoizomerazy dzielą się na dwa główne typy. Topoizomerazy typu I działają na jedną nić dwuniciowego DNA, a następnie dzielą się na trzy kategorie: IA, IB i IC. Typ IA tworzy wiązanie kowalencyjne z końcem 5′ rozszczepionej nici DNA i usuwa ujemne supercewki. Tworzy jednoniciowy przełom, przez który może przejść przeciwległa nić, w wyniku czego powstaje lokalnie rozplątana cząsteczka DNA. Typ IB tworzy wiązanie kowalencyjne z końcem 3′ pękniętej nici DNA i może rozluźniać zarówno dodatnio, jak i ujemnie superskręcone DNA. Enzym obraca przeciętą pojedynczą nić wokół przeciwległej nici, odkręcając w tym procesie DNA. Typ IC występuje głównie w archeonach i ma podobny mechanizm jak typ IB. Większość topoizomerazy typu I nie wymaga ATP do rozluźnienia superskręconego DNA. Z wyjątkiem odwróconej gyrazy, ta unikalna topoizomeraza typu IA wymaga ATP i generuje dodatnie supercewki DNA, zamiast je rozwijać.

Topoizomerazy typu II to enzymy zależne od ATP, które przecinają obie nici podwójnej helisy DNA. Są one podzielone na dwa podtypy, Typ IIA i Typ IIB. Podtypy te wyróżniają się strukturą i lokalizacją domen białkowych. Oba podtypy mają podobne mechanizmy; przenoszą pętlę nienaruszonego superskręconego DNA przez pękniętą dwuniciową, rozplątując w ten sposób cewkę za pomocą jednej pętli. Gyraza bakteryjna, która należy do topoizomerazy typu IIA, może wprowadzać ujemne superzwijanie w DNA, a zatem różni się od wszystkich innych znanych topoizomerazy.