HELICASA: EGENSKAPER, STRUKTURER OG FUNKSJONER - ANATOMI OG FYSIOLOGI - 2026

Den helikase refererer til en gruppe av enzymer av protein-hydrolytiske type som er meget viktig for alle levende organismer; de kalles også motoriske proteiner. Disse beveger seg gjennom cytoplasmaen, og omdanner kjemisk energi til mekanisk arbeid gjennom ATP-hydrolyse.

Den viktigste funksjonen er å bryte hydrogenbindingene mellom nitrogenholdige baser av nukleinsyrer, og dermed tillate replikering. Det er viktig å understreke at helikaser praktisk talt er allestedsnærværende, siden de er til stede i virus, bakterier og eukaryote organismer.

Enzymer involvert i replikasjonen av Escherichia coli. Tatt og redigert fra César Benito Jiménez, via Wikimedia Commons.

Den første av disse proteiner eller enzymer ble oppdaget i 1976 i bakterien Escherichia coli; to år senere ble den første helikasen oppdaget i en eukaryotisk organisme, i liljeplanter.

For tiden har helikase-proteiner blitt karakterisert i alle naturlige riker, inkludert virus, noe som innebærer at det har blitt generert en enorm kunnskap om disse hydrolytiske enzymer, deres funksjoner i organismer og deres mekanistiske rolle.

kjennetegn

Hellikaser er biologiske eller naturlige makromolekyler som akselererer kjemiske reaksjoner (enzymer). De er hovedsakelig kjennetegnet ved å separere kjemiske komplekser av adenosintrifosfat (ATP) gjennom hydrolyse.

Disse enzymene bruker ATP for å binde og omforme komplekser av deoksyribonukleinsyrer (DNA) og ribonukleinsyrer (RNA).

Det er minst 2 typer helikaser: DNA og RNA.

DNA-helikase

DNA-helikaser virker i DNA-replikasjon og er karakterisert ved å separere dobbeltstrenget DNA i enkeltstrenger.

RNA-helikase

Disse enzymene virker i metabolske prosesser av ribonukleinsyre (RNA) og i ribosomal multiplikasjon, reproduksjon eller biogenese.

RNA-helikase er også nøkkelen i pre-spleisingsprosessen til messenger RNA (mRNA) og igangsettelse av proteinsyntese, etter transkripsjon av DNA til RNA i cellekjernen.

Taksonomi

Disse enzymene kan differensieres i henhold til deres aminosyresekvenseringshomologi til kjernets aminosyre-ATPase-domene, eller ved delte sekvenseringsmotiver. I henhold til klassifiseringen er disse gruppert i 6 superfamilier (SF 1-6):

SF1

Enzymene til denne superfamilien har en translokasjonspolaritet på 3′-5 ′ eller 5′-3 ′ og danner ikke ringstrukturer.

SF2

Det er kjent som den bredeste gruppen av helikaser og består hovedsakelig av RNA-helikaser. De har en translokasjonspolaritet generelt 3′-5 ′ med svært få unntak.

De har ni motiver (fra de engelske motivene, som oversettes til "tilbakevendende elementer") av sterkt konserverte aminosyresekvenser, og utgjør i likhet med SF1 ikke ringstrukturer.

SF3

De er karakteristiske helikaser av virus og har en unik translokasjonspolaritet på 3′-5 ′. De har bare fire meget konserverte sekvensmotiver og danner ringstrukturer eller ringer.

SF4

De ble først beskrevet i bakterier og bakteriofager. De er en gruppe med replikerende eller replikerende helikaser.

De har en unik translokasjonspolaritet på 5′-3 ′, og har fem høyt bevarte sekvensmotiver. Disse helikasene er preget av å danne ringer.

SF5

De er proteiner av Rho-faktortypen. Helikassene til SF5 superfamilien er karakteristiske for prokaryote organismer og er heksameriske ATP-avhengige. De antas å være nært knyttet til SF4; i tillegg har de ringformede og ikke-ringformede former.

SF6

De er proteiner som tilsynelatende er relatert til SF3 superfamilien; imidlertid presenterer SF6s et domene av ATPase-proteiner assosiert med forskjellige cellulære aktiviteter (AAA-proteiner) som ikke er tilstede i SF3.

Struktur

Strukturelt sett har alle helikaser svært bevarte sekvensmotiver i den fremre delen av sin primære struktur. En del av molekylet har et bestemt aminosyrearrangement som avhenger av den spesifikke funksjonen til hver helikase.

De mest strukturelt studerte helikaseene er SF1-superfamilien. Disse proteinene er kjent for å klynge seg inn i to domener som er veldig lik de multifunksjonelle RecA-proteiner, og disse domenene danner en ATP-bindende lomme mellom dem.

Ikke-konserverte regioner kan ha spesifikke domener som DNA-anerkjennelsestype, cellelokaliseringsdomene og proteinprotein.

Krystallstruktur av eIF4A-PDCD4-komplekset. EIF4A1-dimer av Helicase-underenheten, bundet til PDCD4 (cyan). Tatt og redigert fra: AyacopPlease flattr this, fra Wikimedia Commons.

Egenskaper

DNA-helikase

Funksjonene til disse proteiner avhenger av en viktig rekke faktorer, blant annet miljøbelastning, cellelinje, genetisk bakgrunn og stadier i cellesyklusen.

SF1 DNA-helikaser er kjent for å tjene spesifikke roller i DNA-reparasjon, replikasjon, overføring og rekombinasjon.

De skiller deler av en DNA-helix og deltar i telomervedlikehold, reparasjon av dobbelstrengbrudd og fjerning av nukleinsyreassosierte proteiner.

RNA-helikase

Som tidligere nevnt er RNA-helikaser vitale i de aller fleste RNA-metabolske prosesser, og disse proteiner er også kjent for å delta i påvisningen av viralt RNA.

I tillegg virker de i antiviralt immunrespons, siden de oppdager fremmed eller fremmed RNA (hos virveldyr).

Medisinsk betydning

Hellicaser hjelper celler til å overvinne endogent og eksogent stress, forhindrer kromosomal ustabilitet og opprettholder cellebalansen.

Svikt i dette systemet eller homeostatisk likevekt er relatert til genetiske mutasjoner som involverer gener som koder for proteiner av helikasetypen; av denne grunn er de gjenstand for biomedisinske og genetiske studier.

Nedenfor vil vi nevne noen av sykdommene relatert til mutasjoner i gener som koder DNA som proteiner av helikasetype:

Werner syndrom

Det er en genetisk sykdom forårsaket av en mutasjon i et gen som heter WRN, som koder for en helikase. Den mutante heliksen fungerer ikke ordentlig og forårsaker en rekke sykdommer som til sammen utgjør Werner-syndrom.

De viktigste egenskapene til de som lider av denne patologien er deres for tidlige aldring. For at sykdommen skal manifestere seg, må det mutante genet arves fra begge foreldrene; forekomsten er veldig lav, og det er ingen behandling for dets kur.

Bloom syndrom

Bloom syndrom er en genetisk sykdom som skyldes mutasjonen av et autosomalt gen kalt BLM som koder for et helikaseprotein. Det forekommer bare for individer som er homozygote for den karakteren (recessiv).

Hovedtrekket ved denne sjeldne sykdommen er overfølsomhet for sollys, som forårsaker hudlesjoner av erytromatøs utslett. Det er ingen kur ennå.

Rothmund-Thomson syndrom

Det er også kjent som medfødt atrofisk poikiloderma. Det er en patologi med svært sjelden genetisk opprinnelse: til dags dato er det mindre enn 300 tilfeller beskrevet i verden.

Det er forårsaket av en mutasjon i RECQ4-genet, et autosomalt resessivt gen som er lokalisert på kromosom 8.

Symptomer eller tilstander ved dette syndromet inkluderer juvenile grå stær, avvik i skjelettet, depigmentering, kapillær dilatasjon og atrofi i huden (poikiloderma). I noen tilfeller kan hypertyreose og mangel i testosteronproduksjon forekomme.

referanser

1. RM Brosh (2013). DNA-helikaser involvert i DNA-reparasjon og deres roller i kreft. Naturanmeldelser Kreft.
2. Heli. Gjenopprettet fra nature.com.
3. Heli. Gjenopprettet 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 kvinne. Klinikk og forskning innen gynekologi og obstetrikk.
5. KD Raney, AK Byrd, S. Aarattuthodiyil (2013). Struktur og mekanismer for SF1 DNA-helikaser. Fremskritt innen eksperimentell medisin og biologi.
6. Bloom syndrom. Gjenopprettet fra Medicina.ufm.edu.
7. M. Singleton, MS Dillingham, DB Wigley (2007). Struktur og mekanisme av helikaser og nukleinsyre-translokaser. Årlig gjennomgang av biokjemi.