HELICASA: CHARAKTERISTIKY, ŠTRUKTÚRY A FUNKCIE - ANATÓMIA A FYZIOLÓGIA - 2025

Helikázy sa týka skupiny enzýmov typu proteín-hydrolytickej, ktoré sú pre všetky živé organizmy veľmi dôležité; nazývajú sa tiež motorické proteíny. Tieto sa pohybujú cez bunkovú cytoplazmu a chemickou energiou premieňajú hydrolýzu ATP na mechanickú prácu.

Jeho najdôležitejšou funkciou je prerušenie vodíkových väzieb medzi dusíkatými bázami nukleových kyselín, čo umožňuje ich replikáciu. Je dôležité zdôrazniť, že helikázy sú prakticky všadeprítomné, pretože sa vyskytujú vo vírusoch, baktériách a eukaryotických organizmoch.

Enzýmy zapojené do replikácie Escherichia coli. Prevzaté a upravené z Césara Benita Jiméneza prostredníctvom Wikimedia Commons.

Prvý z týchto proteínov alebo enzýmov bol objavený v roku 1976 v baktérii Escherichia coli; o dva roky neskôr bola objavená prvá helikáza v eukaryotickom organizme, v rastlinách ľalie.

V súčasnosti sa helikázové proteíny charakterizujú vo všetkých prírodných kráľovstvách vrátane vírusov, čo znamená, že sa získali rozsiahle vedomosti o týchto hydrolytických enzýmoch, ich funkciách v organizmoch a ich mechanickej úlohe.

vlastnosti

Hellikázy sú biologické alebo prírodné makromolekuly, ktoré urýchľujú chemické reakcie (enzýmy). Vyznačujú sa najmä separáciou chemických komplexov adenozíntrifosfátu (ATP) hydrolýzou.

Tieto enzýmy používajú ATP na viazanie a remodelovanie komplexov deoxyribonukleových kyselín (DNA) a ribonukleových kyselín (RNA).

Existujú najmenej 2 typy helikáz: DNA a RNA.

DNA helikáza

DNA helikázy pôsobia pri replikácii DNA a vyznačujú sa separáciou dvojreťazcovej DNA na jednotlivé vlákna.

RNA helikáza

Tieto enzýmy pôsobia v metabolických procesoch kyseliny ribonukleovej (RNA) a pri množení, reprodukcii alebo ribozomálnej biogenéze.

RNA helikáza je tiež kľúčom v procese zostrihu messengerovej RNA (mRNA) a iniciácii proteínovej syntézy po transkripcii DNA na RNA v bunkovom jadre.

taxonómie

Tieto enzýmy sa môžu diferencovať podľa ich homológie sekvencovania aminokyselín k základnej doméne aminokyseliny ATPázy alebo podľa zdieľaných sekvenčných motívov. Podľa klasifikácie sa tieto zoskupujú do 6 superrodín (SF 1-6):

SF1

Enzýmy tejto nadrodiny majú translokačnú polaritu 3'-5 'alebo 5'-3' a netvoria kruhové štruktúry.

SF2

Je známa ako najširšia skupina helikáz a je zložená hlavne z RNA helikáz. Majú translokačnú polaritu všeobecne 3'-5 's veľmi malými výnimkami.

Majú deväť motívov (od anglických motívov, ktoré sa prekladajú do „opakujúcich sa prvkov“) vysoko konzervovaných aminokyselinových sekvencií a podobne ako SF1 netvoria kruhové štruktúry.

SF3

Sú to typické helikázy vírusov a majú jedinečnú translokačnú polaritu 3'-5 '. Majú iba štyri vysoko konzervované sekvenčné motívy a tvoria kruhové štruktúry alebo kruhy.

SF4

Prvýkrát boli opísané u baktérií a bakteriofágov. Sú skupinou replikujúcich alebo replikatívnych helikóz.

Majú jedinečnú translokačnú polaritu 5'-3 'a majú päť vysoko konzervovaných sekvenčných motívov. Tieto helikózy sa vyznačujú formovacími krúžkami.

SF5

Sú to proteíny typu Rho faktora. Helikázy superrodiny SF5 sú charakteristické pre prokaryotické organizmy a sú závislé od hexamérnych ATP. Predpokladá sa, že úzko súvisia s SF4; okrem toho majú prstencové a ne-prstencové tvary.

SF6

Sú to proteíny, ktoré zjavne súvisia s nadrodinou SF3; SF6 však predstavujú doménu proteínov ATPázy spojenú s rôznymi bunkovými aktivitami (proteíny AAA), ktoré nie sú prítomné v SF3.

štruktúra

Štruktúrne majú všetky helikázy vysoko konzervované sekvenčné motívy v prednej časti svojej primárnej štruktúry. Časť molekuly má konkrétne usporiadanie aminokyselín, ktoré závisí od špecifickej funkcie každej helikázy.

Naj štrukturálnejšie študované helikázy sú helikázy zo superrodiny SF1. Je známe, že tieto proteíny sa zhlukujú do 2 domén veľmi podobných multifunkčným proteínom RecA, a tieto domény tvoria medzi nimi väzbové vrecko ATP.

Nekonzervované oblasti môžu mať špecifické domény, ako je typ rozpoznávania DNA, doména lokalizácie buniek a proteín-proteín.

Kryštalická štruktúra komplexu eIF4A-PDCD4. EIF4A1 dimér helikázovej podjednotky viazaný na PDCD4 (azúrový). Prevzaté a upravené: AyacopPlease flattr this, from Wikimedia Commons.

Vlastnosti

DNA helikáza

Funkcie týchto proteínov závisia od dôležitého množstva faktorov, medzi ktoré patrí environmentálny stres, bunková línia, genetické pozadie a štádiá bunkového cyklu.

Je známe, že helikázy SF1 DNA slúžia špecifickým úlohám pri oprave, replikácii, prenose a rekombinácii DNA.

Oddeľujú vlákna dvojitej špirály DNA a podieľajú sa na údržbe telomérov, oprave dvojreťazcových zlomov a odstránení proteínov spojených s nukleovými kyselinami.

RNA helikáza

Ako už bolo uvedené, RNA helikázy sú životne dôležité pre veľkú väčšinu metabolických procesov RNA a je známe, že tieto proteíny sa podieľajú na detekcii vírusovej RNA.

Okrem toho pôsobia v antivírusovej imunitnej odpovedi, pretože detegujú cudziu alebo cudziu RNA (na stavovcoch).

Lekársky význam

Hellikázy pomáhajú bunkám prekonať endogénny a exogénny stres, bránia chromozomálnej nestabilite a udržiavajú bunkovú rovnováhu.

Zlyhanie tohto systému alebo homeostatická rovnováha súvisí s genetickými mutáciami, ktoré zahŕňajú gény kódujúce proteíny typu helikázy; z tohto dôvodu sú predmetom biomedicínskych a genetických štúdií.

Ďalej uvádzame niektoré choroby súvisiace s mutáciami v génoch, ktoré kódujú DNA ako proteíny helikázového typu:

Wernerov syndróm

Je to genetické ochorenie spôsobené mutáciou v géne zvanom WRN, ktoré kóduje helikázu. Mutantná helikáza nefunguje správne a spôsobuje množstvo chorôb, ktoré spolu tvoria Wernerov syndróm.

Hlavnou charakteristikou tých, ktorí trpia touto patológiou, je ich predčasné starnutie. Aby sa choroba prejavila, musí sa mutantný gén zdediť od oboch rodičov; jej výskyt je veľmi nízky a jeho liečba sa nevylieči.

Bloomov syndróm

Bloomov syndróm je genetické ochorenie, ktoré je výsledkom mutácie autozomálneho génu nazývaného BLM, ktorý kóduje proteín helikázy. Vyskytuje sa iba u jedincov homozygotných pre tento charakter (recesívny).

Hlavnou črtou tohto zriedkavého ochorenia je precitlivenosť na slnečné žiarenie, ktoré spôsobuje kožné lézie erytromatóznej vyrážky. Zatiaľ neexistuje žiadny liek.

Rothmund-Thomsonov syndróm

Je tiež známa ako vrodená atrofická poikiloderma. Je to patológia veľmi zriedkavého genetického pôvodu: do dnešného dňa je na svete opísaných menej ako 300 prípadov.

Je to spôsobené mutáciou génu RECQ4, autozomálneho recesívneho génu, ktorý je umiestnený na chromozóme 8.

Medzi príznaky alebo stavy tohto syndrómu patria juvenilné katarakty, abnormality v kostrovom systéme, depigmentácia, kapilárna dilatácia a atrofia kože (poikiloderma). V niektorých prípadoch sa môže vyskytnúť hypertyreóza a nedostatok produkcie testosterónu.

Referencie

1. RM Brosh (2013). DNA helikázy zapojené do opravy DNA a ich úlohy pri rakovine. Recenzie prírody Rakovina.
2. Helikázy. Obnovené z lokality nature.com.
3. Helikázy. Obnovené z en.wikipedia.org.
4. A. Juárez, LP Islas, AM Rivera, SE Tellez, MA Duran (2011). Rothmund-Thompsonov syndróm (vrodená atrofická poikiloderma) u tehotnej ženy. Klinika a výskum v gynekológii a pôrodníctve.
5. KD Raney, AK Byrd, S. Aarattuthodiyil (2013). Štruktúra a mechanizmy DNA helikáz SF1. Pokroky v experimentálnej medicíne a biológii.
6. Bloomov syndróm. Získané z Medicina.ufm.edu.
7. M. Singleton, MS Dillingham, DB Wigley (2007). Štruktúra a mechanizmus helikóz a transkapsúl nukleových kyselín. Ročný prehľad biochémie.