HELICASA: OMINAISUUDET, RAKENTEET JA TOIMINNOT - ANATOMIA JA FYSIOLOGIA - 2025

Helikaasi viittaa ryhmään entsyymien proteiini-hydrolyyttisen tyypin, jotka ovat erittäin tärkeitä kaikki elävät organismit; niitä kutsutaan myös motorisiksi proteiineiksi. Ne liikkuvat solusytoplasman läpi muuttaen kemiallisen energian mekaaniseksi työksi ATP-hydrolyysin kautta.

Sen tärkein tehtävä on katkaista vety sidokset nukleiinihappojen typpipohjaisten emästen välillä sallien siten niiden replikaatio. On tärkeää korostaa, että helikaasit ovat käytännössä kaikkialla, koska niitä on viruksissa, bakteereissa ja eukaryoottisissa organismeissa.

Entsyymit, jotka osallistuvat Escherichia colin replikaatioon. Otettu ja toimitettu César Benito Jiméneziltä, ​​Wikimedia Commonsin kautta.

Ensimmäinen näistä proteiineista tai entsyymeistä löydettiin vuonna 1976 Escherichia coli -bakteerista; kaksi vuotta myöhemmin ensimmäinen helikaasi löydettiin eukaryoottisesta organismista, liljakasveissa.

Tällä hetkellä helikaasiproteiineille on karakterisoitu kaikki luonnolliset valtakunnat, mukaan lukien virukset, mikä tarkoittaa, että näistä hydrolyyttisistä entsyymeistä, niiden toiminnoista organismeissa ja niiden mekaanisesta roolista on saatu laaja tieto.

ominaisuudet

Helikaasit ovat biologisia tai luonnollisia makromolekyylejä, jotka kiihdyttävät kemiallisia reaktioita (entsyymit). Niille on ominaista pääasiassa adenosiinitrifosfaatin (ATP) kemiallisten kompleksien erottaminen hydrolyysin avulla.

Nämä entsyymit käyttävät ATP: tä sitoutumaan ja uudistamaan deoksiribonukleiinihappojen (DNA) ja ribonukleiinihappojen (RNA) komplekseja.

Helikaaseja on ainakin 2 tyyppiä: DNA ja RNA.

DNA-helikaasi

DNA-helikaasit toimivat DNA-replikaatiossa, ja niille on ominaista erottamalla kaksijuosteinen DNA yhdeksi juosteeksi.

RNA-helikaasi

Nämä entsyymit toimivat ribonukleiinihapon (RNA) metabolisissa prosesseissa ja moninkertaistuessa, lisääntymisessä tai ribosomaalisessa biogeneesissä.

RNA-helikaasilla on myös avain Messenger-RNA: n (mRNA) ennalta silmukointiprosessissa ja proteiinisynteesin aloittamisessa sen jälkeen, kun DNA on transkriptoitu RNA: han solutumassa.

Taksonomia

Nämä entsyymit voidaan erottaa niiden aminohappojen sekvensointihomologian perusteella ydinaminohappo ATPaasi -domeenin suhteen tai jaettujen sekvensointimotiivien perusteella. Luokituksen mukaan nämä on ryhmitelty kuuteen superperheeseen (SF 1-6):

SF1

Tämän superperheen entsyymeillä on 3'-5 'tai 5'-3' translokaatiopolaarisuus ja ne eivät muodosta rengasrakenteita.

SF2

Se tunnetaan laajimpana helikaasien ryhmänä ja koostuu pääasiassa RNA-helikaasista. Niiden translokaatiopolaarisuus on yleensä 3'-5 'hyvin harvoin poikkeuksin.

Niillä on yhdeksän motiivia (englanninkielisistä motiiveista, jotka kääntävät "toistuviin elementteihin") erittäin konservoituneita aminohapposekvenssejä, ja kuten SF1, ne eivät muodosta rengasrakenteita.

SF3

Ne ovat tyypillisiä virusten helikaseja ja niiden ainutlaatuinen translokaatiopolaarisuus on 3'-5 '. Heillä on vain neljä erittäin konservoitunutta sekvenssimuotoa ja ne muodostavat rengasrakenteita tai renkaita.

SF4

Ne kuvattiin ensin bakteereissa ja bakteriofaageissa. Ne ovat ryhmä toistuvia tai replikoivia helikaseja.

Niillä on ainutlaatuinen translokaatiopolaarisuus 5'-3 ', ja heillä on viisi erittäin konservoitunutta sekvenssimotiivia. Näille helikaseille on ominaista muodostaa renkaita.

SF5

Ne ovat Rho-tekijätyyppisiä proteiineja. SF5-superperheen helikaasit ovat ominaisia ​​prokaryoottisille organismeille ja ovat heksameerisiä ATP-riippuvaisia. Niiden uskotaan olevan läheisessä yhteydessä SF4: ään; lisäksi heillä on rengasmaiset ja ei-rengasmaiset muodot.

SF6

Ne ovat proteiineja, jotka ilmeisesti liittyvät SF3-superperheeseen; SF6: t kuitenkin esittävät ATPaasi-proteiinien domeenin, joka liittyy erilaisiin soluaktiivisuuksiin (AAA-proteiineja), joita ei ole SF3: ssa.

Rakenne

Rakenteellisesti kaikilla helikaseilla on erittäin konservoituneet sekvenssimotiivit primaarisen rakenteensa etuosassa. Osa molekyylistä on erityinen aminohappojärjestely, joka riippuu kunkin helikaasin spesifisestä toiminnasta.

Rakenteellisimmin tutkitut helikaasit ovat SF1-superperheen helikaseja. Näiden proteiinien tiedetään ryhmittyvän kahteen domeeniin, jotka ovat hyvin samanlaisia ​​kuin monitoiminnalliset RecA-proteiinit, ja nämä domeenit muodostavat ATP: tä sitovan taskun niiden välillä.

Ei-konservoituneilla alueilla voi olla spesifisiä domeeneja, kuten DNA-tunnistustyyppi, solujen lokalisaatiodomeeni ja proteiini-proteiini.

EIF4A-PDCD4-kompleksin kiderakenne. Helikaasi-alayksikön EIF4A1-dimeri, sitoutunut PDCD4: ään (syaani). Kuvannut ja muokannut: AyacopPlease tätä, Wikimedia Commonsista.

ominaisuudet

DNA-helikaasi

Näiden proteiinien toiminnot riippuvat tärkeästä monista tekijöistä, joihin kuuluvat ympäristöstressi, solulinja, geneettinen tausta ja solusyklin vaiheet.

SF1-DNA-helikaasien tiedetään palvelevan spesifisiä tehtäviä DNA: n korjaamisessa, replikaatiossa, siirrossa ja rekombinaatiossa.

Ne erottavat DNA-kaksoiskierreketjut ja osallistuvat telomeerin ylläpitoon, kaksijuosteisten katkaisujen korjaamiseen ja nukleiinihappoon liittyvien proteiinien poistamiseen.

RNA-helikaasi

Kuten aiemmin mainittiin, RNA-helikaasit ovat elintärkeitä suurimmassa osassa RNA-aineenvaihduntaprosesseja, ja näiden proteiinien tiedetään myös osallistuvan virus-RNA: n havaitsemiseen.

Lisäksi ne toimivat viruksenvastaisessa immuunivasteessa, koska ne havaitsevat vieraan tai vieraan RNA: n (selkärankaisilla).

Lääketieteellinen merkitys

Helikaasit auttavat soluja voittamaan endogeenisen ja eksogeenisen stressin, estäen kromosomaalisen epävakauden ja ylläpitäen solujen tasapainoa.

Tämän järjestelmän tai homeostaattisen tasapainon epäonnistuminen liittyy geneettisiin mutaatioihin, joihin liittyy geenejä, jotka koodaavat helikaasityyppisiä proteiineja; tästä syystä heille tehdään lääketieteellisiä ja geenitutkimuksia.

Jäljempänä mainitaan joitakin sairauksia, jotka liittyvät geenien mutaatioihin, jotka koodaavat DNA: ta helikaasityyppisiksi proteiineiksi:

Wernerin oireyhtymä

Se on geneettinen sairaus, joka johtuu mutaatiosta geenissä nimeltä WRN, joka koodaa helikaasia. Mutanttihelikaasi ei toimi kunnolla ja aiheuttaa useita sairauksia, jotka yhdessä muodostavat Wernerin oireyhtymän.

Tämän patologian kärsivien henkilöiden tärkein ominaisuus on heidän ennenaikainen ikääntyminen. Jotta tauti ilmenisi, mutanttigeeni on perittävä molemmilta vanhemmilta; sen esiintyvyys on hyvin pieni, eikä sen parantamiseen ole mitään hoitoa.

Kukintaoireyhtymä

Bloom-oireyhtymä on geneettinen sairaus, joka johtuu helikaseproteiinia koodaavan autosomaalisen geenin, nimeltään BLM, mutaatiosta. Sitä esiintyy vain yksilöillä, jotka ovat homotsygoottisia kyseisen luonteen suhteen (resessiivinen).

Tämän harvinaisen sairauden pääpiirteenä on yliherkkyys auringonvalolle, mikä aiheuttaa erytromaattisen ihottuman ihovaurioita. Ei ole vielä parannuskeinoa.

Rothmund-Thomson-oireyhtymä

Se tunnetaan myös nimellä synnynnäinen atrofinen poikiloderma. Se on hyvin harvinaisen geneettisen alkuperän patologia: tähän mennessä maailmassa on kuvattu alle 300 tapausta.

Se johtuu mutaatiosta RECQ4-geenissä, joka on autosomaalisesti resessiivinen geeni, joka sijaitsee kromosomissa 8.

Tämän oireyhtymän oireisiin tai tiloihin sisältyy nuorten kaihi, luujärjestelmän poikkeavuudet, depigmentaatio, kapillaarin laajentuminen ja ihon surkastuminen (poikiloderma). Joissakin tapauksissa voi esiintyä kilpirauhasen vajaatoimintaa ja puutetta testosteronin tuotannossa.

Viitteet

1. RM Brosh (2013). DNA: n korjaamiseen osallistuvat DNA-helikaasit ja niiden rooli syöpään. Luonto arvostelut syöpä.
2. Helikaasi. Palautettu nature.com-sivustolta.
3. Helikaasi. Palautettu osoitteesta en.wikipedia.org.
4. A. Juárez, LP-saaret, AM Rivera, SE Tellez, MA Duran (2011). Rothmund-Thompson-oireyhtymä (synnynnäinen atrofinen poikiloderma) raskaana olevalla naisella. Gynekologian ja synnytysklinikan tutkimus.
5. KD Raney, AK Byrd, S. Aarattuthodiyil (2013). SF1-DNA-helikaasien rakenne ja mekanismit. Edistys kokeellisessa lääketieteessä ja biologiassa.
6. Kukintaoireyhtymä. Palautettu osoitteesta Medicina.ufm.edu.
7. M. Singleton, MS Dillingham, DB Wigley (2007). Helikaasien ja nukleiinihappotranslokaasien rakenne ja mekanismi. Biokemian vuosikatsaus.