拓扑问题

环状DNA的超螺旋结构。

DNA在结构上主要有三种拓朴构型的变化：超螺旋（supercoiling）、纽结（knotting）与连锁（catenation）。能够使DNA在不进行DNA复制与转录的时候，尽量维持其紧密性。反之在转录或复制过程中，这些拓扑构型将会阻碍反应。

功能

由于DNA一般是以双螺旋形式存在，因此较难将这些长链分开。但为了要让某些酵素能够参与转录作用或DNA复制，必须先由螺旋酶将两股DNA分离。在复制完成之后，两股环状DNA会产生拓扑学相连（形状上联成一体，但实际上没有化学键相接）的现象，或称纽结。

当特定的DNA环以不同程度的扭转形式存在时，称为拓朴异构物，除非打断DNA链，否则无法经由任何方式相互转变。而拓扑异构酶就是负责催化并引导一些化学反应，以使DNA的纽结状态得以解除。此外当病毒DNA插入染色体时，或是在其他型态的重组现象中，也可能会有拓扑异构酶的参与。

分类与作用方式

拓朴异构酶可依据其作用方式，而分为两种类型：

第一型拓朴异构酶（Type I topoisomerase）：可将一条DNA双股螺旋完全包覆，并以破坏磷酸双酯键的方式切断其中一股DNA，使其产生一个小缺口，此时另一股完整的DNA将会穿过此缺口，之后通道重新黏合。属于这类型的有拓朴异构酶I（topoisomerase I）与拓朴异构酶III（topoisomerase III）等。

第二型拓朴异构酶（Type II topoisomerase）：可将一条DNA双股螺旋上的两股DNA皆切断，产生缺口，使另一条双股螺旋能够穿过此缺口，之后再将通道重新黏合。属于这类型的有拓扑异构酶IIα与拓扑异构酶IIβ等。

两种类型皆可改变DNA的环绕数。

临床意义

拓扑异构酶抑制剂

许多药物经由干扰拓朴异构酶以产生疗效。例如广效氟化奎林酮类（fluoroquinolone）抗生素能够破坏细菌第二型拓扑异构酶的机能。

另外还有一些化学治疗药物能干扰癌细胞的拓扑异构酶作用，进而抑制细胞生长，或使细胞死亡：

第一型：可利用爱莱诺迪肯（irinotecan；商品名Campto，抗癌妥） 与托普乐肯（topotecan；商品名Hycamtin，癌康定） 进行抑制。

第二型：可利用依托泊甙（etoposide；依托泊苷）与替尼泊甙（teniposide；依托泊苷）进行抑制。

参考文献

James J. Champoux. DNA Topoisomerases: Structure, Function, and Mechanism. Annual Review of Biochemistry. (2001) 70: 369-413. PMID 11395412

Daniel Hartl & Elizabath W. Jones. Genetic . 6th ed. Jones and Bartlett Publishers. ISBN 0-7637-1511-5

David L. Nelson & Michael M. cox. Lehinger. Principles of Biochemistry. 4th ed. Freeman. ISBN 0-7167-4339-6

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