De topoisômeros ou isômeros topológicos são moléculas distintas de estruturas químicas idênticas, mas diferem em sua forma topológica. Este termo é usado principalmente no caso do DNA , para distinguir DNAs circulares de sequência idêntica, mas que diferem no número de entrelaçamentos, ou seja, o número de voltas que uma das duas fitas da dupla hélice gira em torno uma da outra. .
A conformação mais comum do DNA, o duplex de forma B , tem cerca de 10,5 pares de bases por volta da hélice. Quando o número de entrelaçamentos para um DNA circular ( plasmídeo , cromossomo bacteriano) corresponde a esse valor, diz-se que ele está relaxado. Por exemplo, para um plasmídeo com 2100 pares de bases, isso corresponde a 200 voltas de hélices (2100 / 10,5), ou seja, um número de entrelaçamento de 200.
Esse número de emaranhamentos é uma constante topológica, ligada ao fato de que cada uma das duas fitas de DNA forma um círculo completo, covalentemente fechado sobre si mesma.
Topoisômeros são formas circulares de DNA de sequência idêntica, que diferem apenas no número de entrelaçamentos.
O estado relaxado é aquele em que o DNA está em sua configuração canônica com ~ 10,5 pares de bases por volta da hélice. Nesta conformação, a tensão na dupla hélice é mínima, é a configuração mais estável. Este valor pode variar dependendo da presença de diferentes proteínas associadas ao DNA ou da presença de agentes intercalantes .
Quando o número de enredamentos é maior ou menor que o valor do estado relaxado, dois tipos de topoisômeros são obtidos:
Para liberar a restrição ligada ao superenrolamento e localmente trazer o número de pares de bases por revolução para cerca do valor padrão ~ 10,5, o DNA então adota uma forma torcida, formando uma superhélice (hélice formada pela fita dupla em si mesma, além disso à hélice formada por uma fita em torno da outra). Quando a super-bobina é positiva, ela forma uma super-bobina esquerda e quando a super-bobina é negativa, ela forma uma super-bobina direita.
O superenrolamento negativo é o mais encontrado na natureza porque permite uma redução no tamanho total da molécula de DNA. O desenrolamento mais comum é uma reviravolta para 200 pares de bases. Na verdade, o superenrolamento negativo causa um estresse que induz uma rotação do eixo da hélice do DNA, que então se torce. Então, tem duas vantagens:
Para modificar a topologia do DNA e permitir a interconversão dos diferentes topoisômeros, é necessário cortar e suturar pelo menos um dos dois fios. As enzimas que permitem efetuar essas conversões são as topoisomerases .
Topoisomerases I relaxam passivamente o superenrolamento, clivando e, em seguida, suturando um dos dois fios
O superenrolamento negativo é criado ativamente nas bactérias por uma enzima chamada DNA girase, que pertence à família da topoisomerase II .