為催化DNA拓?fù)鋵W(xué)異構(gòu)體相互轉(zhuǎn)變的酶之總稱。催化DNA鏈斷開和結(jié)合的偶聯(lián)反應(yīng),為了分析體外反應(yīng)機(jī)制,用環(huán)狀DNA為底物。在閉環(huán)狀雙鏈DNA的拓?fù)鋵W(xué)轉(zhuǎn)變中,要暫時的將DNA的一個鏈或兩個鏈切斷,根據(jù)異構(gòu)體化的方式而分為二個型。切斷一個鏈而改變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的稱為Ⅰ型拓?fù)洚悩?gòu)酶(top- oisomeraseⅠ),通過切斷二個鏈來進(jìn)行的稱為Ⅱ型拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomeraseⅡ)。屬于Ⅰ型的拓?fù)洚悩?gòu)酶,有大腸桿菌的ω蛋白(ω-protein,由分子量11萬的單個多肽鏈所成)及各種真核細(xì)胞中存在的切斷-結(jié)合酶(nicking-closing enzyme,分子量約6萬5千—7萬的及分子量約10萬的)。Ⅱ型拓?fù)洚悩?gòu)酶,有存在于細(xì)菌中的DNA促旋酶、噬菌體T4的拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ以及真核細(xì)胞中依賴ATP的拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ等。另外,噬菌體λ的irt基因產(chǎn)物和噬菌體φX174的基因A的產(chǎn)物等也具有切斷—結(jié)合酶的活性,可認(rèn)為是拓?fù)洚悩?gòu)酶之一種。Ⅰ型拓?fù)洚悩?gòu)酶不需要ATP的能量而催化異構(gòu)體化,作為反應(yīng)的中間產(chǎn)物,在原核生物來說是游離型的5′-OH末端扣3′-磷酸末端與酶形成共價鍵,而真核生物是3′-OH末端5′-磷酸末端與酶形成共價鍵。此酯鍵中所貯存的能量,可能在切斷端的再結(jié)合上起著作用。Ⅰ型拓?fù)洚悩?gòu)化酶催化的反應(yīng)有下列各種:使超螺旋DNA在每一切斷—結(jié)合反應(yīng)中,使L數(shù)(參見DNA拓?fù)鋵W(xué)異構(gòu)體)發(fā)生一種變化,即松弛(relaxation)(圖1)。將互補(bǔ)的單鏈環(huán)狀DNA轉(zhuǎn)變成具有螺旋結(jié)構(gòu)的雙鏈環(huán)狀DNA(圖 2),使單鏈DNA打結(jié)(topological knot)或解結(jié)(圖3)。另外在二個環(huán)狀雙鏈DNA一個分子的一個鏈切斷時,形成鏈環(huán)狀二聚體的分子(ca-tenane)。在Ⅱ型拓?fù)洚悩?gòu)酶中,DNA促旋酶可單獨(dú)催化閉環(huán)狀DNA產(chǎn)生超螺旋,這是獨(dú)特的。其它二個型的酶,除可使超螺旋松弛也需要ATP的能量外,還可催化促旋酶的催化反應(yīng)。真核細(xì)胞的拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ,參與核小體的形成,細(xì)菌的ω蛋白參與轉(zhuǎn)錄和某種轉(zhuǎn)位子的插入。促旋酶和T4拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ參與DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過程。