Helicasa: cechy, struktury i funkcje

Helikaza odnosi się do grupy enzymów typu proteolityczno-hydrolitycznego bardzo ważnych dla wszystkich żywych organizmów; nazywane są także białkami motorycznymi. Przemieszczają się przez cytoplazmę komórki, przekształcając energię chemiczną w pracę mechaniczną poprzez hydrolizę ATP.

Jego najważniejszą funkcją jest rozbijanie wiązań wodorowych między azotowymi zasadami kwasów nukleinowych, co pozwala na ich replikację. Należy podkreślić, że helikazy są praktycznie wszechobecne, ponieważ są obecne w wirusach, bakteriach i organizmach eukariotycznych.

Pierwsze z tych białek lub enzymów odkryto w 1976 r. W bakterii Escherichia coli ; Dwa lata później pierwsza helikaza została odkryta w organizmie eukariotycznym, w roślinach lilii.

Obecnie białka helikazy zostały scharakteryzowane we wszystkich królestwach naturalnych, w tym wirusach, co oznacza, że ​​powstała ogromna wiedza na temat tych enzymów hydrolitycznych, ich funkcji w organizmach i ich roli mechanistycznej.

Funkcje

Helikazy są biologicznymi lub naturalnymi makrocząsteczkami, które przyspieszają reakcje chemiczne (enzymy). Charakteryzują się głównie oddzielaniem kompleksów chemicznych adenozynotrifosforanu (ATP) poprzez hydrolizę.

Enzymy te wykorzystują ATP do wiązania i przebudowy kompleksów kwasów dezoksyrybonukleinowych (DNA) i kwasów rybonukleinowych (RNA).

Istnieją co najmniej 2 typy helikaz: DNA i RNA.

Helikaza DNA

Helikazy DNA działają na replikację DNA i charakteryzują się oddzielaniem DNA z podwójnych nici na pojedyncze nici.

RNA helikazy

Enzymy te działają w procesach metabolicznych kwasu rybonukleinowego (RNA) oraz w mnożeniu, reprodukcji lub biogenezie rybosomalnej.

Helikaza RNA jest także kluczowa w procesie wstępnego składania RNA informacyjnego (mRNA) i inicjacji syntezy białek, po transkrypcji DNA na RNA w jądrze komórkowym.

Taksonomia

Enzymy te można różnicować zgodnie z ich homologią w sekwencjonowaniu aminokwasów centralnej domeny aminokwasowej ATPazy lub ze wspólnych powodów sekwencjonowania. Zgodnie z klasyfikacją są one zgrupowane w 6 superfamili (SF 1-6):

SF1

Enzymy tej nadrodziny mają polarność translokacji 3'-5 'lub 5'-3' i nie tworzą pierścieniowych struktur.

SF2

Jest znany jako największa grupa helikaz i składa się głównie z helikaz RNA. Mają polaryzację translokacji na ogół 3'-5 'z bardzo małymi wyjątkami.

Mają dziewięć motywów (angielskich motywów, które tłumaczą się jako „powtarzające się elementy”) wysoce konserwatywnych sekwencji aminokwasowych i, podobnie jak SF1, nie tworzą pierścieniowych struktur.

SF3

Są wirusopodobne helikazy i mają wyjątkową polarność translokacji 3'-5 '. Posiadają tylko cztery wysoce konserwatywne motywy sekwencji i tworzą struktury pierścieniowe lub pierścienie.

SF4

Zostały one opisane po raz pierwszy u bakterii i bakteriofagów. Są grupą replikujących się lub replikujących helikaz.

Mają unikalną polarność translokacji 5'-3 'i mają pięć wysoce konserwatywnych motywów sekwencji. Te helikazy są scharakteryzowane, ponieważ tworzą pierścienie.

SF5

Są to białka typu czynnika Rho. Helikazy z nadrodziny SF5 są charakterystyczne dla organizmów prokariotycznych i są heksameryczne zależne od ATP. Uważa się, że są ściśle związane z SF4; ponadto przedstawiają pierścieniowe, a nie pierścieniowe formy.

SF6

Są to białka najwyraźniej związane z nadrodziną SF3; jednak SF6 przedstawia domenę białek ATPazy związanych z różnymi aktywnościami komórkowymi (białka AAA) nieobecnymi w SF3.

Struktura

Strukturalnie wszystkie helikazy mają wysoce konserwatywne motywy sekwencji w przedniej części ich pierwotnej struktury. Część cząsteczki ma szczególny układ aminokwasowy, który zależy od specyficznej funkcji każdej helikazy.

Najczęściej badane helikazy to nadrodziny SF1. Wiadomo, że białka te są zgrupowane w 2 domenach bardzo podobnych do wielofunkcyjnych białek RecA, a te domeny tworzą między sobą kieszeń wiążącą ATP.

Niekonserwowane regiony mogą mieć specyficzne domeny typu rozpoznawania DNA, domeny lokalizacji komórki i domeny białko-białko.

Funkcje

Helikaza DNA

Funkcje tych białek zależą od wielu różnych czynników, wśród których wyróżniają się stres środowiskowy, linia komórkowa, tło genetyczne i etapy cyklu komórkowego.

Wiadomo, że helikazy DNA SF1 pełnią specyficzne funkcje w naprawie, replikacji, przenoszeniu i rekombinacji DNA.

Oddzielają łańcuchy podwójnej helisy DNA i uczestniczą w utrzymaniu telómeros, w naprawach przez rozbicie podwójnej nici oraz w eliminacji białek związanych z kwasami nukleinowymi.

RNA helikazy

Jak wcześniej wspomniano, helikazy RNA są niezbędne w ogromnej większości procesów metabolicznych RNA, a także wiadomo, że białka te biorą udział w wykrywaniu wirusowego RNA.

Ponadto działają na przeciwwirusową odpowiedź immunologiczną, ponieważ wykrywają obcy RNA lub obcy dla organizmu (u kręgowców).

Znaczenie medyczne

Helikazy pomagają komórkom pokonać stres endogenny i egzogenny, unikając niestabilności chromosomowej i utrzymując równowagę komórkową.

Awaria tego systemu lub równowaga homeostatyczna jest związana z mutacjami genetycznymi obejmującymi geny kodujące białka typu helikazy; z tego powodu są one przedmiotem badań biomedycznych i genetycznych.

Następnie wspomnimy o niektórych chorobach związanych z mutacjami w genach kodujących DNA jako białka podobne do helikazy:

Zespół Wernera

Jest to choroba genetyczna spowodowana mutacją genu o nazwie WRN, który koduje helikazę. Zmutowana helikaza nie działa prawidłowo i powoduje szereg chorób, które razem tworzą zespół Wernera.

Główną cechą osób cierpiących na tę patologię jest ich przedwczesne starzenie się. Aby choroba mogła się manifestować, zmutowany gen musi zostać odziedziczony od obojga rodziców; Jego częstość występowania jest bardzo niska i nie ma leczenia jej leczenia.

Zespół Blooma

Zespół Blooma jest chorobą genetyczną spowodowaną mutacją genu autosomalnego BLM, który koduje białko helikazy. Występuje tylko dla osób homozygotycznych dla tego charakteru (recesywny).

Główną cechą tej rzadkiej choroby jest nadwrażliwość na światło słoneczne, która powoduje zmiany skórne typu wysypki erythromatosus. Nie ma jeszcze lekarstwa.

Zespół Rothmunda-Thomsona

Znany jest również jako wrodzona zanikowa poikiloderma. Jest to bardzo rzadka patologia pochodzenia genetycznego: do tej pory na całym świecie opisano mniej niż 300 przypadków.

Jest to spowodowane mutacją genu RECQ4, genu autosomalnego z manifestacją recesywną, która znajduje się na chromosomie 8.

Objawy lub stany tego zespołu obejmują młodzieńczą zaćmę, anomalie układu kostnego, depigmentację, rozszerzenie naczyń włosowatych i zanik skóry (poikiloderma). W niektórych przypadkach może wystąpić nadczynność tarczycy i niedobór produkcji testosteronu.