DNA拓扑异构酶 DNA topoisomerase

　　 为催化 DNA拓扑学异构体相互转变的酶之总称。催化 DNA链断开和结合的偶联反应，为了分析体外反应机制，用环状 DNA为底物。在闭环状双链 DNA的拓扑学转变中，要暂时的将 DNA的一个链或两个链切断，根据异构体化的方式而分为二个型。切断一个链而改变拓扑结构的称为Ⅰ型拓扑异构酶（ top- oisomeraseⅠ），通过切断二个链来进行的称为Ⅱ型拓扑异构酶（ topoisomeraseⅡ）。属于Ⅰ型的拓扑异构酶，有大肠杆菌的ω蛋白（ω -protein，由分子量 11万的单个多肽链所成）及各种真核细胞中存在的切断 -结合酶（ nicking-closing enzyme，分子量约 6万 5千— 7万的及分子量约 10万的）。Ⅱ型拓扑异构酶，有存在于细菌中的 DNA促旋酶、噬菌体 T4 的拓扑异构酶Ⅱ以及真核细胞中依赖 ATP的拓扑异构酶Ⅱ等。另外，噬菌体λ的 irt基因产物和噬菌体φ X174的基因 A的产物等也具有切断—结合酶的活性，可认为是拓扑异构酶之一种。Ⅰ型拓扑异构酶不需要 ATP的能量而催化异构体化，作为反应的中间产物，在原核生物来说是游离型的 5′ -OH末端扣 3′ -磷酸末端与酶形成共价键，而真核生物是 3′ -OH末端 5′ -磷酸末端与酶形成共价键。此酯键中所贮存的能量，可能在切断端的再结合上起着作用。Ⅰ型拓扑异构化酶催化的反应有下列各种：使超螺旋 DNA在每一切断—结合反应中，使 L数（参见 DNA拓扑学异构体）发生一种变化，即松弛（ relaxation）（图 1）。将互补的单链环状 DNA转变成具有螺旋结构的双链环状 DNA（图 2），使单链 DNA打结（ topological knot）或解结（图 3）。另外在二个环状双链 DNA一个分子的一个链切断时，形成链环状二聚体的分子（ ca-tenane）。在Ⅱ型拓扑异构酶中， DNA促旋酶可单独催化闭环状 DNA产生超螺旋，这是独特的。其它二个型的酶，除可使超螺旋松弛也需要 ATP的能量外，还可催化促旋酶的催化反应。真核细胞的拓扑异构酶Ⅰ，参与核小体的形成，细菌的ω蛋白参与转录和某种转位子的插入。促旋酶和 T4 拓扑异构酶Ⅱ参与 DNA的复制和转录过程。