DNAヘリカーゼが複製フォークを進めていくと、フォークの前方のよじれはどんどんきつくなっていく。 どこかでほどかないといけない。
DNAのよじれを一旦ちぎって戻すのがTopoisomerase。
理想的には、1 turnで10.4bpがある状態がちょうど良い。 この状態をunstrainedと呼ぶ。
よじれが多すぎる状態、overwoundとかsupercoilとか言うが、 そういう状態は、1 turnにつき、 10.4bpより少ない状態。
少ない、多いの判定はややこしいが、bp間の距離は一定であることを考えると良い。 そして1 turnあたりにどれくらいの距離があるかは、bp間の距離の和となる。
少ないbpということは1 trunの端から端までの距離が短いということを意味する。 多いbpということは1 turnの端から端までの距離が長いことを意味する。
topoisomeraseはoverwounded DNAをunwindして、underwounded DNAをrewindすることでoptimalな状態にする。
topoisomeraseはDNAを切り離して、他の鎖を越えて再結合する。 長縄跳びを飛ぶような感じ。
切り離すのはendonucleaseと似た機構。
topoisomeraseには２種類ある。
Type Iのtopoisomeraseは2重螺旋の片方の鎖を切り離して、反対側の鎖を越えて再結合する。
topoisomeraseはネックピローみたいな形で、２つの手がある。 片方の手のTyrのOH基と5’末端のPが共有結合し、もう片方の手は3’末端のOHと非共有結合をする。 そして切り離して、反対側の鎖を長縄跳びのように一回越えて再結合する。
飛び越える向きによって、 linking number (DNAの巻きの数で、twist+writheが定義）を1増やすか減らすかする操作となる。
通常Type IはATPやNADHなどのエネルギーを必要としない。
Type IIは二重らせんの2本をまるごと切り離して、他のdsDNAを越えて再結合する。 linking numberは2変わるらしい。
円環タイプのDNAは、複製が終わった時に、２つのDNAのリングが鎖がつながってるような状態になっている。 これをcatenane(カテナン）と言う。
Type II Topoisomeraseがcatenaneを切り離して２つのバラバラのリングに出来る。
ちなみに逆、つまり２つのリングを持ってきて、catenateすることも出来るらしい。
Type IIはATPやNADHなどのエネルギーが必要。
通常のTopoisomeraseは基本的にはよりリラックスな状態にDNAの巻きを調整するが、幾つかのバクテリアにはGyrase（ジャイレースっぽく発音する）と呼ばれるtopoisomeraseが存在し、 これはATPを使ってnegative supercoil側にunderwindする。種別としてはTopoisomerase IIの一種。
これは二重らせんをほどくのを容易にすると考えられる。これは複製や翻訳を助けるためと考えられている。
また、Thermophilesでは、anti-gyraseと呼ばれる、positive supercoil側に巻くtopoisomeraseも知られている。 これは95度のような極端な環境でDNAがほどけてしまわないようにする為と考えられている。 これもATPかNADHのエネルギー源を必要とする。
unstrained、またはrelaxed DNAとは、10.4 bp/turnの状態を言う。
DNAの構造を表す指標の一つにlinking numberがあるが、これはtwistとwrithe（よじれ）の和と定義される。
twistはDNAの片方の鎖が、もう片方を何周しているか、で定義される。
writheは二重らせんが何回自分自身と交差するか、と定義される。 正負は上のstrandがrightからleftへ向かっている時に正と定義される。 右とか左はややこしいが、交差しているところを見て、上を通る二本鎖が右上から左下に向かっている時は+1、左上から右下に向かっている時は-1の模様。
通常、E. coliに対して、non-denaturing gelでゲル電気泳動すると、2箇所のバンドが観測される。 これは片方はnegatively supercoiledなDNAで、もう片方はrelaxedなDNA。 たいていのplasmidからはsupercoiledなDNAが得られる。
supercoiledなのはgyraseのせいだが、 relaxedなDNAがなぜ出来るかというと、切れ目が入ると自然の力で戻ってしまうから。
supercoiledの方が短いので、ゲルを早く移動する。relaxedが一番遅い。 円じゃなく線になっているものはその間くらい。
topoisomeraseを加えてゲル電気泳動すると、supercoiledなDNAはだんだんとrelaxed状態になっていくので、 supercoiledとrelaxedの間にバンドが出来、時間とともに下側のバンドが上に移動していく感じになる。
Crithidiaという生物は、kDNAと呼ばれる、大量にcatenatedされたplasmidを持つ。
Type Iではこのcatenateを分離しないのでゲルの移動は遅いまま。 Type IIではこのcatenateを分離するので移動が早くなる。