HELICASA: EIGENSCHAFTEN, STRUKTUREN UND FUNKTIONEN - ANATOMIE UND PHYSIOLOGIE - 2025

Die Helikase bezieht sich auf eine Gruppe von Enzymen vom proteinhydrolytischen Typ, die für alle lebenden Organismen sehr wichtig sind; Sie werden auch als Motorproteine ​​bezeichnet. Diese bewegen sich durch das Zellzytoplasma und wandeln chemische Energie durch ATP-Hydrolyse in mechanische Arbeit um.

Seine wichtigste Funktion besteht darin, die Wasserstoffbrücken zwischen den stickstoffhaltigen Basen der Nukleinsäuren aufzubrechen und so deren Replikation zu ermöglichen. Es ist wichtig zu betonen, dass Helikasen praktisch allgegenwärtig sind, da sie in Viren, Bakterien und eukaryotischen Organismen vorhanden sind.

Enzyme, die an der Replikation von Escherichia coli beteiligt sind. Entnommen und bearbeitet von César Benito Jiménez über Wikimedia Commons.

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.

Gegenwärtig wurden Helikase-Proteine ​​in allen natürlichen Reichen einschließlich Viren charakterisiert, was impliziert, dass ein umfassendes Wissen über diese hydrolytischen Enzyme, ihre Funktionen in Organismen und ihre mechanistische Rolle gewonnen wurde.

Eigenschaften

Hellicasen sind biologische oder natürliche Makromoleküle, die chemische Reaktionen (Enzyme) beschleunigen. Sie zeichnen sich hauptsächlich durch die Trennung chemischer Adenosintriphosphat (ATP) -Komplexe durch Hydrolyse aus.

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 bei der DNA-Replikation und zeichnen sich durch die Trennung doppelsträngiger DNA in Einzelstränge aus.

RNA-Helikase

Diese Enzyme wirken in den Stoffwechselprozessen der Ribonukleinsäure (RNA) und in der Vermehrung, Reproduktion oder ribosomalen Biogenese.

RNA-Helikase ist auch ein Schlüssel für den Vorspleißprozess von Messenger-RNA (mRNA) und die Initiierung der Proteinsynthese nach Transkription von DNA zu RNA im Zellkern.

Taxonomie

Diese Enzyme können nach ihrer Aminosäuresequenzierungshomologie zur ATPase-Domäne der Kernaminosäure oder durch gemeinsame Sequenzierungsmotive unterschieden werden. Entsprechend der Klassifikation werden diese in 6 Superfamilien (SF 1-6) eingeteilt:

SF1

Die Enzyme dieser Superfamilie haben eine 3'-5'- oder 5'-3'-Translokationspolarität und bilden keine Ringstrukturen.

SF2

Es ist als die breiteste Gruppe von Helikasen bekannt und besteht hauptsächlich aus RNA-Helikasen. Sie haben eine Translokationspolarität im Allgemeinen 3'-5 'mit sehr wenigen Ausnahmen.

Sie haben neun Motive (von englischen Motiven, was "wiederkehrende Elemente" bedeutet) hochkonservierter Aminosäuresequenzen und bilden wie SF1 keine Ringstrukturen.

SF3

Sie sind charakteristische Helikasen von Viren 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 replikativen Helikasen.

Sie haben eine einzigartige Translokationspolarität von 5'-3 'und fünf hochkonservierte Sequenzmotive. Diese Helikasen zeichnen sich durch die Bildung von Ringen aus.

SF5

Sie sind Proteine ​​vom Typ Rho-Faktor. Die Helikasen der SF5-Superfamilie sind charakteristisch für prokaryotische Organismen und sind hexameres ATP-abhängig. Es wird angenommen, dass sie eng mit SF4 verwandt sind; Darüber hinaus haben sie ringförmige und nicht ringförmige Formen.

SF6

Es handelt sich um Proteine, die offenbar mit der SF3-Superfamilie verwandt sind. SF6s präsentieren jedoch eine Domäne von ATPase-Proteinen, die mit verschiedenen zellulären Aktivitäten (AAA-Proteinen) assoziiert sind, die in SF3 nicht vorhanden sind.

Struktur

Strukturell haben alle Helikasen im vorderen Teil ihrer Primärstruktur hochkonservierte Sequenzmotive. Ein Teil des Moleküls hat eine bestimmte Aminosäureanordnung, die von der spezifischen Funktion jeder Helikase abhängt.

Die strukturell am besten untersuchten Helikasen sind die der SF1-Superfamilie. Es ist bekannt, dass diese Proteine ​​in 2 Domänen geclustert werden, die den multifunktionalen RecA-Proteinen sehr ähnlich sind, und diese Domänen bilden eine ATP-Bindungstasche zwischen ihnen.

Nicht konservierte Regionen können spezifische Domänen wie den DNA-Erkennungstyp, die Zelllokalisierungsdomäne und das Protein-Protein aufweisen.

Kristallstruktur des eIF4A-PDCD4-Komplexes. EIF4A1-Dimer der Helicase-Untereinheit, gebunden an PDCD4 (Cyan). Entnommen und bearbeitet von: AyacopBitte plattieren Sie dies von Wikimedia Commons.

Eigenschaften

DNA-Helikase

Die Funktionen dieser Proteine ​​hängen von einer wichtigen Vielzahl von Faktoren ab, darunter Umweltstress, Zelllinie, genetischer Hintergrund und Stadien des Zellzyklus.

Es ist bekannt, dass die SF1-DNA-Helikasen eine spezifische Rolle bei der Reparatur, Replikation, Übertragung und Rekombination von DNA spielen.

Sie trennen Stränge einer DNA-Doppelhelix und sind an der Aufrechterhaltung der Telomere, der Reparatur von Doppelstrangbrüchen und der Entfernung von Nukleinsäure-assoziierten Proteinen beteiligt.

RNA-Helikase

Wie bereits erwähnt, sind RNA-Helikasen bei der überwiegenden Mehrheit der RNA-Stoffwechselprozesse von entscheidender Bedeutung, und es ist auch bekannt, dass diese Proteine ​​am Nachweis von viraler RNA beteiligt sind.

Darüber hinaus wirken sie in der antiviralen Immunantwort, da sie fremde oder fremde RNA (bei Wirbeltieren) nachweisen.

Medizinische Bedeutung

Hellicasen helfen Zellen, endogenen und exogenen Stress zu überwinden, Chromosomeninstabilität zu verhindern und das zelluläre Gleichgewicht aufrechtzuerhalten.

Das Versagen dieses homöostatischen Systems oder Gleichgewichts hängt mit genetischen Mutationen zusammen, an denen Gene beteiligt sind, die für Proteine ​​vom Helikase-Typ kodieren. Aus diesem Grund sind sie Gegenstand biomedizinischer und genetischer Studien.

Im Folgenden werden einige der Krankheiten erwähnt, die mit Mutationen in Genen zusammenhängen, die DNA als Proteine ​​vom Helikase-Typ codieren:

Werner-Syndrom

Es ist eine genetische Krankheit, die durch eine Mutation in einem Gen namens WRN verursacht wird, das eine Helikase codiert. Die mutierte Helikase funktioniert 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 manifestieren kann, 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 aus der Mutation eines autosomalen Gens namens BLM resultiert, das für ein Helikase-Protein kodiert. Es tritt nur bei Personen auf, die homozygot für diesen Charakter sind (rezessiv).

Das Hauptmerkmal dieser seltenen Krankheit ist die Überempfindlichkeit gegen Sonnenlicht, die Hautläsionen des erythromatösen Ausschlags verursacht. Es gibt noch keine Heilung.

Rothmund-Thomson-Syndrom

Es ist auch als angeborene atrophische Poikilodermie bekannt. Es handelt sich um eine Pathologie sehr seltenen genetischen Ursprungs: Bis heute sind weltweit weniger als 300 Fälle beschrieben.

Es wird durch eine Mutation im RECQ4-Gen verursacht, einem autosomal rezessiven Gen, das sich auf Chromosom 8 befindet.

Zu den Symptomen oder Zuständen dieses Syndroms gehören juvenile Katarakte, Anomalien im Skelettsystem, Depigmentierung, Kapillardilatation und Atrophie der Haut (Poikilodermie). In einigen Fällen können Hyperthyreose und ein Mangel an Testosteronproduktion auftreten.

Verweise

1. RM Brosh (2013). DNA-Helikasen, die an der DNA-Reparatur beteiligt sind, und ihre Rolle bei Krebs. Natur Bewertungen Krebs.
2. Helicase. Von nature.com wiederhergestellt.
3. Helicase. Von en.wikipedia.org wiederhergestellt.
4. A. Juárez, LP Islas, AM Rivera, SE Tellez, MA Duran (2011). Rothmund-Thompson-Syndrom (angeborene atrophische Poikilodermie) bei einer schwangeren Frau. Klinik und Forschung in Gynäkologie und Geburtshilfe.
5. KD Raney, AK Byrd, S. Aarattuthodiyil (2013). Struktur und Mechanismen von SF1-DNA-Helikasen. Fortschritte in der experimentellen Medizin und Biologie.
6. Bloom-Syndrom. Von Medicina.ufm.edu wiederhergestellt.
7. M. Singleton, MS Dillingham, DB Wigley (2007). Struktur und Mechanismus von Helikasen und Nukleinsäure-Translokasen. Jahresrückblick Biochemie.