HELICASA: CHARAKTERYSTYKA, STRUKTURY I FUNKCJE - ANATOMIA I FIZJOLOGIA - 2025

Helikazy odnosi się do grupy enzymów typu proteiny hydrolitycznej, które są ważne dla żywych organizmów; nazywane są również białkami motorycznymi. Przemieszczają się one przez cytoplazmę komórki, przekształcając energię chemiczną w pracę mechaniczną poprzez hydrolizę ATP.

Jego najważniejszą funkcją jest rozrywanie wiązań wodorowych pomiędzy zasadami azotowymi kwasów nukleinowych, umożliwiając w ten sposób ich replikację. Należy podkreślić, że helikazy są praktycznie wszechobecne, ponieważ są obecne w wirusach, bakteriach i organizmach eukariotycznych.

Enzymy biorące udział w replikacji Escherichia coli. Zaczerpnięte i zredagowane przez César Benito Jiménez, za pośrednictwem Wikimedia Commons.

Pierwsze z tych białek lub enzymów odkryto w 1976 roku w bakterii Escherichia coli; dwa lata później pierwszą helikazę odkryto w organizmie eukariotycznym, w roślinach lilii.

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

cechy

Helikazy to biologiczne lub naturalne makrocząsteczki, które przyspieszają reakcje chemiczne (enzymy). Charakteryzują się głównie oddzielaniem kompleksów chemicznych trifosforanu adenozyny (ATP) poprzez hydrolizę.

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

Istnieją co najmniej 2 rodzaje helikaz: DNA i RNA.

Helikaza DNA

Helikazy DNA działają na zasadzie replikacji DNA i charakteryzują się rozdzielaniem dwuniciowego DNA na pojedyncze nici.

Helikaza RNA

Enzymy te działają w procesach metabolicznych kwasu rybonukleinowego (RNA) oraz w namnażaniu, rozmnażaniu lub biogenezie rybosomów.

Helikaza RNA jest również kluczowa w procesie pre-splicingu informacyjnego RNA (mRNA) i inicjacji syntezy białek po transkrypcji DNA na RNA w jądrze komórkowym.

Taksonomia

Enzymy te można różnicować na podstawie homologii ich sekwencjonowania aminokwasów z domeną ATPazy aminokwasu rdzeniowego lub wspólnych motywów sekwencjonowania. Zgodnie z klasyfikacją są one podzielone na 6 nadrodzin (SF 1-6):

SF1

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

SF2

Jest znany jako najszersza grupa helikaz i składa się głównie z helikaz RNA. Mają one ogólnie polaryzację translokacji 3'-5 'z nielicznymi wyjątkami.

Mają dziewięć motywów (z motywów angielskich, co tłumaczy się jako „powtarzające się elementy”) wysoce konserwatywnych sekwencji aminokwasów i podobnie jak SF1 nie tworzą struktur pierścieniowych.

SF3

Są to charakterystyczne helikazy wirusów i mają unikalną biegunowość translokacji 3′-5 ′. Posiadają tylko cztery wysoce konserwatywne motywy sekwencji i tworzą struktury pierścieniowe lub pierścienie.

SF4

Po raz pierwszy opisano je u bakterii i bakteriofagów. Są grupą replikujących lub replikujących helikaz.

Mają unikalną polaryzację translokacji 5'-3 'i pięć wysoce konserwatywnych motywów sekwencji. Te helikazy charakteryzują się tworzeniem pierścieni.

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 blisko spokrewnione z SF4; ponadto mają one pierścieniowe i nie-pierścieniowe kształty.

SF6

Są to białka najwyraźniej spokrewnione z nadrodziną SF3; jednakże SF6 prezentują domenę białek ATPazy związanych z różnymi aktywnościami komórkowymi (białka AAA), które nie są obecne w SF3.

Struktura

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

Najbardziej zbadane strukturalnie helikazy należą do nadrodziny SF1. Wiadomo, że białka te skupiają się w 2 domenach bardzo podobnych do wielofunkcyjnych białek RecA, a domeny te tworzą między nimi kieszeń wiążącą ATP.

Niekonserwowane regiony mogą mieć określone domeny, takie jak typ rozpoznawania DNA, domena lokalizacji komórki i białko-białko.

Struktura krystaliczna kompleksu eIF4A-PDCD4. Dimer EIF4A1 podjednostki helikazy, związany z PDCD4 (cyjan). Zrobione i zredagowane z: AyacopPlease flattr this, from Wikimedia Commons.

cechy

Helikaza DNA

Funkcje tych białek zależą od wielu różnych czynników, między innymi stresu środowiskowego, linii komórkowej, podłoża genetycznego i etapów cyklu komórkowego.

Wiadomo, że helikazy DNA SF1 pełnią określone role w naprawie, replikacji, transferze i rekombinacji DNA.

Oddzielają nici podwójnej helisy DNA i uczestniczą w utrzymaniu telomerów, naprawie pęknięć dwuniciowych i usuwaniu białek związanych z kwasami nukleinowymi.

Helikaza RNA

Jak wspomniano wcześniej, helikazy RNA są niezbędne w większości procesów metabolicznych RNA, a białka te są również znane z tego, że uczestniczą w wykrywaniu wirusowego RNA.

Ponadto działają przeciwwirusowo w odpowiedzi immunologicznej, ponieważ wykrywają obce lub obce RNA (u kręgowców).

Znaczenie medyczne

Helikazy pomagają komórkom przezwyciężyć stres endogenny i egzogenny, zapobiegając niestabilności chromosomów i utrzymując równowagę komórkową.

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

Poniżej wymienimy niektóre z chorób związanych z mutacjami w genach kodujących DNA jako białka typu helikazy:

Zespół Wernera

Jest to choroba genetyczna spowodowana mutacją w genie WRN, który koduje helikazę. Zmutowana helikaza nie działa prawidłowo i powoduje szereg chorób, które razem składają się na zespół Wernera.

Główną cechą osób cierpiących na tę patologię jest ich przedwczesne starzenie. Aby choroba się ujawniła, zmutowany gen musi być odziedziczony po obojgu rodzicach; częstość występowania jest bardzo niska i nie ma lekarstwa na jego wyleczenie.

Zespół Blooma

Zespół Blooma to choroba genetyczna wynikająca z mutacji autosomalnego genu zwanego BLM, który koduje białko helikazy. Występuje tylko u osób homozygotycznych pod względem tego charakteru (recesywny).

Główną cechą tej rzadkiej choroby jest nadwrażliwość na światło słoneczne, które powoduje zmiany skórne w postaci rumieniowatej wysypki. Nie ma jeszcze lekarstwa.

Zespół Rothmunda-Thomsona

Znany jest również jako wrodzona zanikowa poikiloderma. Jest to patologia o bardzo rzadkim pochodzeniu genetycznym: do tej pory na świecie opisano mniej niż 300 przypadków.

Jest to spowodowane mutacją w genie RECQ4, autosomalnym recesywnym genie, który znajduje się na chromosomie 8.

Objawy lub stany tego zespołu obejmują młodzieńczą zaćmę, nieprawidłowości w układzie kostnym, depigmentację, rozszerzenie naczyń włosowatych i atrofię skóry (poikiloderma). W niektórych przypadkach może wystąpić nadczynność tarczycy i niedobór produkcji testosteronu.

Bibliografia

1. RM Brosh (2013). Helikazy DNA zaangażowane w naprawę DNA i ich rola w nowotworach. Nature Reviews Cancer.
2. Helicase. Odzyskany z nature.com.
3. Helicase. Odzyskany z en.wikipedia.org.
4. A. Juárez, LP Islas, AM Rivera, SE Tellez, MA Duran (2011). Zespół Rothmunda-Thompsona (wrodzona zanikowa postać poikilodermii) u kobiety w ciąży. Klinika i badania w ginekologii i położnictwie.
5. KD Raney, AK Byrd, S. Aarattuthodiyil (2013). Struktura i mechanizmy helikaz DNA SF1. Postępy w medycynie eksperymentalnej i biologii.
6. Zespół Blooma. Odzyskany z Medicina.ufm.edu.
7. M. Singleton, MS Dillingham, DB Wigley (2007). Struktura i mechanizm helikaz i translokaz kwasów nukleinowych. Roczny przegląd biochemii.