HELICASA: EGENSKABER, STRUKTURER OG FUNKTIONER - ANATOMI OG FYSIOLOGI - 2025

Den helicase refererer til en gruppe af enzymer af protein-hydrolyseklasse der er meget vigtigt for alle levende organismer; de kaldes også motoriske proteiner. Disse bevæger sig gennem cellecytoplasmaen og omdanner kemisk energi til mekanisk arbejde gennem ATP-hydrolyse.

Dens vigtigste funktion er at bryde hydrogenbindingerne mellem de nitrogenholdige baser af nukleinsyrer og således tillade deres replikation. Det er vigtigt at understrege, at helikaser praktisk taget er allestedsnærværende, da de findes i vira, bakterier og eukaryote organismer.

Enzymer involveret i replikationen af ​​Escherichia coli. Taget og redigeret fra César Benito Jiménez, via Wikimedia Commons.

Den første af disse proteiner eller enzymer blev opdaget i 1976 i bakterien Escherichia coli; to år senere blev den første helikase opdaget i en eukaryot organisme i liljeplanter.

For tiden er helikase-proteiner blevet karakteriseret i alle naturlige kongeriger inklusive vira, hvilket indebærer, at der er skabt en omfattende viden om disse hydrolytiske enzymer, deres funktioner i organismer og deres mekanistiske rolle.

egenskaber

Hellicaser er biologiske eller naturlige makromolekyler, der fremskynder kemiske reaktioner (enzymer). De er hovedsageligt kendetegnet ved adskillelse af adenosintriphosphat (ATP) kemiske komplekser gennem hydrolyse.

Disse enzymer bruger ATP til at binde og ombygge komplekser af deoxyribonukleinsyrer (DNA) og ribonukleinsyrer (RNA).

Der er mindst 2 typer helikaser: DNA og RNA.

DNA-helikase

DNA-helikaser fungerer i DNA-replikation og er karakteriseret ved at separere dobbeltstrenget DNA i enkeltstrenge.

RNA helikase

Disse enzymer virker i de metaboliske processer af ribonukleinsyre (RNA) og ved ribosomal multiplikation, reproduktion eller biogenese.

RNA-helikase er også nøglen i præ-splejsningsprocessen for messenger-RNA (mRNA) og initieringen af ​​proteinsyntese efter transkription af DNA til RNA i cellekernen.

Taksonomi

Disse enzymer kan differentieres i henhold til deres aminosyresekventeringshomologi til kerne-aminosyre-ATPase-domænet eller med delte sekventeringsmotiver. I henhold til klassificeringen er disse grupperet i 6 superfamilier (SF 1-6):

SF1

Enzymerne af denne superfamilie har en 3ocation-5 ′ eller 5′-3 ′ translokationspolaritet og danner ikke ringstrukturer.

SF2

Det er kendt som den bredeste gruppe af helikaser og består hovedsageligt af RNA-helikaser. De har en translokationspolaritet generelt 3′-5 ′ med meget få undtagelser.

De har ni motiver (fra engelske motiver, der oversætter til "tilbagevendende elementer") af stærkt konserverede aminosyresekvenser og danner ligesom SF1 ikke ringstrukturer.

SF3

De er karakteristiske helikaser af vira og har en unik translokationspolaritet på 3′-5 ′. De besidder kun fire stærkt konserverede sekvensmotiver og danner ringstrukturer eller ringe.

SF4

De blev først beskrevet i bakterier og bakteriofager. De er en gruppe af replikerende eller replikerende helikaser.

De har en unik translokationspolaritet på 5′-3 ′ og har fem stærkt konserverede sekvensmotiver. Disse helikaser er kendetegnet ved dannelse af ringe.

SF5

De er proteiner af Rho-faktortypen. SF5-superfamiliens helikaser er karakteristiske for prokaryotiske organismer og er hexameriske ATP-afhængige. De menes at være nært beslægtet med SF4; Derudover har de ringformede og ikke-ringformede former.

SF6

De er proteiner, der tilsyneladende er relateret til SF3-superfamilien; SF6'er præsenterer imidlertid et domæne af ATPase-proteiner, der er forbundet med forskellige cellulære aktiviteter (AAA-proteiner), der ikke er til stede i SF3.

Struktur

Strukturelt set har alle helikaser stærkt konserverede sekvensmotiver i den forreste del af deres primære struktur. En del af molekylet har et bestemt aminosyrearrangement, der afhænger af den specifikke funktion af hver helikase.

De mest strukturelt studerede helikaser er SF1-superfamilien. Det er kendt, at disse proteiner klynger sig ind i 2 domæner, der meget ligner de multifunktionelle RecA-proteiner, og disse domæner danner en ATP-bindende lomme mellem dem.

Ikke-konserverede regioner kan have specifikke domæner, såsom DNA-genkendelsestype, cellelokaliseringsdomæne og protein-protein.

Krystallstruktur af eIF4A-PDCD4-komplekset. EIF4A1-dimer af Helicase-underenheden, bundet til PDCD4 (cyan). Taget og redigeret fra: AyacopPlease dette fra Wikimedia Commons.

Funktioner

DNA-helikase

Funktionerne af disse proteiner afhænger af en vigtig række faktorer, herunder miljømæssig stress, cellelinie, genetisk baggrund og stadier i cellecyklussen.

SF1 DNA-helikaser er kendt for at tjene specifikke roller i DNA-reparation, replikation, overførsel og rekombination.

De adskiller strenge af en dobbelt-helix-DNA og deltager i vedligeholdelse af telomer, reparation af dobbeltstrengbrud og fjernelse af nukleinsyreassocierede proteiner.

RNA helikase

Som tidligere nævnt er RNA-helikaser vitale i det store flertal af RNA-metabolske processer, og disse proteiner vides også at deltage i påvisningen af ​​viralt RNA.

Derudover fungerer de i antiviralt immunrespons, da de detekterer fremmed eller fremmed RNA (i hvirveldyr).

Medicinsk betydning

Hellicaser hjælper celler med at overvinde endogen og eksogen stress, forhindrer kromosomal ustabilitet og opretholder cellulær balance.

Fejlen i dette system eller homeostatisk ligevægt er relateret til genetiske mutationer, der involverer gener, der koder for proteiner af helikastetypen; af denne grund er de genstand for biomedicinske og genetiske undersøgelser.

Nedenfor vil vi nævne nogle af de sygdomme, der er relateret til mutationer i gener, der koder for DNA som proteiner af helikasetype:

Werner syndrom

Det er en genetisk sygdom forårsaget af en mutation i et gen kaldet WRN, som koder for en helikase. Den mutante helikase fungerer ikke korrekt og forårsager en række sygdomme, der tilsammen udgør Werner-syndrom.

Det vigtigste kendetegn for dem, der lider af denne patologi, er deres for tidlige aldring. For at sygdommen skal manifestere sig, skal det mutante gen arves fra begge forældre; dens forekomst er meget lav, og der er ingen behandling for dens kur.

Bloom syndrom

Bloom-syndrom er en genetisk sygdom, der stammer fra mutationen af ​​et autosomalt gen kaldet BLM, der koder for et helikase-protein. Det forekommer kun for individer, der er homozygote for den karakter (recessiv).

Det vigtigste træk ved denne sjældne sygdom er overfølsomhed over for sollys, der forårsager hudlæsioner af erythromatøs udslæt. Der er endnu ingen kur.

Rothmund-Thomson syndrom

Det er også kendt som medfødt atrofisk poikiloderma. Det er en patologi af meget sjælden genetisk oprindelse: indtil i dag er der mindre end 300 tilfælde beskrevet i verden.

Det er forårsaget af en mutation i RECQ4-genet, et autosomalt recessivt gen, der er placeret på kromosom 8.

Symptomer eller tilstande ved dette syndrom inkluderer juvenil grå stær, abnormiteter i knoglesystemet, depigmentering, kapillær dilatationer og atrofi i huden (poikiloderma). I nogle tilfælde kan hyperthyreoidisme og mangel i testosteronproduktion forekomme.

Referencer

1. RM Brosh (2013). DNA-helikaser involveret i DNA-reparation og deres roller i kræft. Naturanmeldelser Kræft.
2. Helicase. Gendannes fra nature.com.
3. Helicase. Gendannet fra en.wikipedia.org.
4. A. Juárez, LP Islas, AM Rivera, SE Tellez, MA Duran (2011). Rothmund-Thompson syndrom (medfødt atrofisk poikiloderma) hos en gravid kvinde. Klinik og forskning inden for gynækologi og obstetrik.
5. KD Raney, AK Byrd, S. Aarattuthodiyil (2013). Struktur og mekanismer for SF1 DNA-helikaser. Fremskridt inden for eksperimentel medicin og biologi.
6. Bloom syndrom. Gendannes fra Medicina.ufm.edu.
7. M. Singleton, MS Dillingham, DB Wigley (2007). Struktur og mekanisme for helikaser og nukleinsyre-translokaser. Årlig gennemgang af biokemi.