Helicasa: Eigenschaften, Strukturen und Funktionen
Die Helikase bezieht sich auf eine Gruppe von Enzymen vom proteisch-hydrolytischen Typ, die für alle lebenden Organismen sehr wichtig sind; Sie werden auch als Motorproteine bezeichnet. Sie wandern durch das Zellzytoplasma und wandeln chemische Energie durch Hydrolyse von ATP in mechanische Arbeit um.
Ihre wichtigste Funktion besteht darin, die Wasserstoffbrücken zwischen den stickstoffhaltigen Basen der Nukleinsäuren zu lösen und so ihre Replikation zu ermöglichen. Es ist wichtig zu betonen, dass Helikasen praktisch allgegenwärtig sind, da sie in Viren, Bakterien und in eukaryotischen Organismen vorhanden sind.
Das erste dieser Proteine oder Enzyme wurde 1976 im Bakterium Escherichia coli entdeckt ; Zwei Jahre später wurde die erste Helikase in einem eukaryotischen Organismus in Lilienpflanzen entdeckt.
Derzeit wurden Helikase-Proteine in allen Naturräumen einschließlich Viren charakterisiert, was impliziert, dass ein umfassendes Wissen über diese hydrolytischen Enzyme, ihre Funktionen in Organismen und ihre mechanistische Rolle generiert wurde.
Eigenschaften
Helikasen sind biologische oder natürliche Makromoleküle, die chemische Reaktionen (Enzyme) beschleunigen. Sie zeichnen sich hauptsächlich dadurch aus, dass chemische Komplexe von Adenosintriphosphat (ATP) durch Hydrolyse getrennt werden.
Diese Enzyme verwenden ATP, um Komplexe von Desoxyribonukleinsäuren (DNA) und Ribonukleinsäuren (RNA) zu binden und umzugestalten.
Es gibt mindestens zwei Arten von Helikasen: DNA und RNA.
DNA-Helikase
DNA-Helikasen wirken auf die DNA-Replikation ein und zeichnen sich dadurch aus, dass sie DNA von Doppelsträngen in Einzelstränge trennen.
Helicase-RNA
Diese Enzyme wirken bei den Stoffwechselprozessen der Ribonukleinsäure (RNA) und bei der Vermehrung, Reproduktion oder ribosomalen Biogenese.
Die RNA-Helikase spielt auch eine Schlüsselrolle beim Vor-Spleißen von Messenger-RNA (mRNA) und bei der Initiierung der Proteinsynthese nach der Transkription von DNA zu RNA im Zellkern.
Taxonomie
Diese Enzyme können nach ihrer Homologie in der Aminosäuresequenzierung der ATPase der zentralen Aminosäuredomäne oder aus Gründen der gemeinsamen Sequenzierung unterschieden werden. Entsprechend der Klassifizierung werden diese in 6 Superfamilien (SF 1-6) eingeteilt:
SF1
Die Enzyme dieser Superfamilie haben eine Translokationspolarität von 3'-5 'oder 5'-3' und bilden keine ringförmigen Strukturen.
SF2
Es ist als die größte Gruppe von Helikasen bekannt und besteht hauptsächlich aus RNA-Helikasen. Sie haben im Allgemeinen eine Translokationspolarität von 3'-5 'mit sehr wenigen Ausnahmen.
Sie haben neun Motive (englische Motive, die als "wiederkehrende Elemente" übersetzt werden) hochkonservierter Aminosäuresequenzen und bilden wie SF1 keine ringförmigen Strukturen.
SF3
Sie sind virusähnliche Helikasen und haben eine einzigartige Translokationspolarität von 3'-5 '. Sie besitzen nur vier hochkonservierte Sequenzmotive und bilden Ringstrukturen oder Ringe.
SF4
Sie wurden erstmals in Bakterien und Bakteriophagen beschrieben. Sie sind eine Gruppe von replizierenden oder replizierenden Helikasen.
Sie haben eine einzigartige Translokationspolarität von 5'-3 'und fünf hochkonservierte Sequenzmotive. Diese Helikasen zeichnen sich dadurch aus, dass sie Ringe bilden.
SF5
Sie sind Proteine vom Rho-Faktor-Typ. Die Helikasen der SF5-Superfamilie sind charakteristisch für prokaryotische Organismen und hexamer abhängig von ATP. Es wird angenommen, dass sie eng mit SF4 verwandt sind; außerdem weisen sie ringförmige und nicht ringförmige Formen auf.
SF6
Sie sind Proteine, die anscheinend mit der SF3-Superfamilie verwandt sind; Das SF6 weist jedoch eine Domäne von ATPase-Proteinen auf, die mit verschiedenen zellulären Aktivitäten (AAA-Proteinen) verbunden sind, die in SF3 nicht vorhanden sind.
Struktur
Strukturell weisen alle Helikasen im vorderen Teil ihrer Primärstruktur hochkonservierte Sequenzmotive auf. Ein Teil des Moleküls weist eine bestimmte Aminosäureanordnung auf, die von der spezifischen Funktion jeder Helikase abhängt.
Die strukturell am besten untersuchten Helikasen stammen aus der SF1-Superfamilie. Es ist bekannt, dass diese Proteine in 2 Domänen gruppiert sind, die den multifunktionalen RecA-Proteinen sehr ähnlich sind, und dass diese Domänen eine ATP-Bindungstasche zwischen ihnen bilden.
Die nicht konservierten Regionen können spezifische Domänen des Typs der DNA-Erkennung, der Zelllokalisierungsdomäne und der Protein-Protein-Domäne aufweisen.
Funktionen
DNA-Helikase
Die Funktionen dieser Proteine hängen von einer Vielzahl von Faktoren ab, unter denen sich Umweltstress, Abstammungslinie der Zellen, genetischer Hintergrund und Zellzyklusstadien hervorheben.
Es ist bekannt, dass die DNA-Helikasen von SF1 spezifische Funktionen bei der Reparatur, Replikation, Übertragung und Rekombination von DNA erfüllen.
Sie trennen Ketten einer Doppelhelix der DNA und sind an der Aufrechterhaltung des Telomeros, an Reparaturen durch Bruch des Doppelfadens und an der Eliminierung von Proteinen beteiligt, die mit den Nukleinsäuren assoziiert sind.
Helicase-RNA
Wie bereits erwähnt, sind RNA-Helikasen bei der überwiegenden Mehrheit der Stoffwechselprozesse von RNA von entscheidender Bedeutung, und es ist auch bekannt, dass diese Proteine am Nachweis von viraler RNA beteiligt sind.
Darüber hinaus wirken sie auf die antivirale Immunantwort ein, da sie Fremd-RNA oder Fremdkörper des Organismus (bei Wirbeltieren) erkennen.
Medizinische Bedeutung
Helikasen helfen Zellen, endogenen und exogenen Stress zu überwinden, Chromosomeninstabilität zu vermeiden und das Zellgleichgewicht aufrechtzuerhalten.
Das Versagen dieses Systems oder des homöostatischen Gleichgewichts hängt mit genetischen Mutationen zusammen, an denen Gene beteiligt sind, die für Proteine des Helikase-Typs kodieren. Aus diesem Grund sind sie Gegenstand biomedizinischer und genetischer Studien.
Als nächstes werden wir einige der Krankheiten erwähnen, die mit Mutationen in Genen zusammenhängen, die DNA als Helikase-ähnliche Proteine kodieren:
Werner-Syndrom
Es ist eine genetische Krankheit, die durch eine Mutation eines Gens namens WRN verursacht wird, das für eine Helikase kodiert. Die mutierte Helikase wirkt nicht richtig und verursacht eine Reihe von Krankheiten, die zusammen das Werner-Syndrom ausmachen.
Das Hauptmerkmal derjenigen, die an dieser Pathologie leiden, ist ihr vorzeitiges Altern. Damit sich die Krankheit manifestiert, muss das mutierte Gen von beiden Elternteilen geerbt werden. Die Inzidenz ist sehr gering und es gibt keine Behandlung für die Heilung.
Bloom-Syndrom
Das Bloom-Syndrom ist eine genetisch bedingte Krankheit, die durch die Mutation eines autosomalen Gens namens BLM verursacht wird, das ein Helikase-Protein codiert. Sie tritt nur bei Personen auf, die homozygot für diesen Charakter sind (rezessiv).
Das Hauptmerkmal dieser seltenen Krankheit ist die Überempfindlichkeit gegen Sonnenlicht, die Hautveränderungen vom Typ Erythromatosus rash verursacht. Es gibt noch keine Heilung.
Rothmund-Thomson-Syndrom
Es ist auch als angeborene atrophische Poikilodermie bekannt. Es ist eine Pathologie genetischen Ursprungs, die sehr selten ist: Bis heute sind weltweit weniger als 300 Fälle beschrieben.
Ursache ist eine Mutation des RECQ4-Gens, eines autosomalen Gens mit rezessiver Manifestation auf Chromosom 8.
Symptome oder Zustände dieses Syndroms umfassen juvenile Katarakte, Anomalien im Skelettsystem, Depigmentierung, Kapillardilatation und Hautatrophie (Poikilodermie). In einigen Fällen kann es zu einer Hyperthyreose und einem Mangel an Testosteron kommen.
