Las topoisomerasas (o ADN topoisomerasas ) son enzimas que participan en el sobreenrollamiento o subenrollamiento del ADN . El problema de las bobinas del ADN surge debido a la naturaleza entrelazada de su estructura de doble hélice. Durante la replicación y transcripción del ADN, el ADN se enrolla por delante de una bifurcación de replicación. Si no disminuye, esta torsión eventualmente detendría la capacidad de las polimerasas de ADN o ARN involucradas en estos procesos para continuar por la cadena de ADN.
Para prevenir y corregir este tipo de problemas topológicos causados por la doble hélice, las topoisomerasas se unen al ADN y cortan la cadena principal de fosfato de una o ambas cadenas de ADN. Esta ruptura intermedia permite desenredar o desenrollar el ADN y, al final de estos procesos, la columna vertebral del ADN se vuelve a sellar. Dado que la composición química general y la conectividad del ADN no cambian, el sustrato y el producto del ADN son isómeros químicos, que difieren solo en su topología global, lo que da como resultado el nombre de estas enzimas. Las topoisomerasas son enzimas isomerasas que actúan sobre la topología del ADN . [1]
Las topoisomerasas bacterianas y las topoisomerasas humanas proceden a través de mecanismos similares para la gestión de superenrollamientos de ADN. Las topoisomerasas se pueden clasificar además en subfamilias. En la familia de tipo I, hay dos subfamilias; tipo IA y tipo IB cuando la enzima se une al fosfato 5 'de la cadena de ADN y al fosfato 3' del ADN, respectivamente. En la familia de tipo II, la estructura y el organismo determinan las subfamilias y sus funciones. [2]
En la década de 1970, James C. Wang fue el primero en descubrir una topoisomerasa cuando identificó la topoisomerasa I de E. coli . Los códigos topográficos CE son los siguientes: independiente de ATP (tipo I), EC 5.6.2.1 ; Dependiente de ATP (Tipo II): EC 5.6.2.2 .
La función general de la ADN topoisomerasa es controlar el estado topológico del ADN en la célula. Hay dos tipos o familias de esta enzima; familia tipo I y familia tipo II. La familia de tipo I pasa una hebra del ADN a través de una ruptura en la hebra opuesta. En otras palabras, la enzima ADN topoisomerasa tipo I escinde solo una hebra de ADN. La familia de tipo II pasa una región de dúplex (dos hebras) de la misma molécula o una molécula diferente a través de un espacio de doble hebra. En resumen, el tipo II escinde ambas cadenas de ADN, lo que da como resultado una ruptura de doble cadena. Las topoisomerasas pueden aliviar los superenrollamientos negativos, tanto positivos como negativos, o inducir el superenrollamiento positivo y negativo en el ADN.Las enzimas también pueden promover la catenación (cuando dos cadenas de ADN circulares simples se unen entre sí después de la replicación) y la decantación (la separación de dos cromosomas circulares cerrados, unidos), y también pueden aliviar el entrelazamiento de cromosomas lineales.[2]
La configuración de doble hélice de las cadenas de ADN hace que sea difícil separarlas, lo que es necesario para las enzimas helicasa si otras enzimas deben transcribir las secuencias que codifican proteínas o si los cromosomas deben replicarse . En el ADN circular, en el que el ADN de doble hélice se dobla y se une en un círculo , las dos hebras están topológicamente unidas o anudadas . De lo contrario, los bucles de ADN idénticos, con diferentes números de torsiones, son topoisómeros., y no se puede interconvertir sin romper las hebras de ADN. Las topoisomerasas catalizan y guían el desanudamiento o desvinculación del ADN [3] mediante la creación de rupturas transitorias en el ADN utilizando una tirosina conservada como residuo catalítico. [1]