HELICASA: ZNAČILNOSTI, STRUKTURE IN FUNKCIJE - ANATOMIJA IN FIZIOLOGIJA - 2025

Helikaza nanaša na skupino encimov proteinsko-hidrolitično tipa, ki so zelo pomembni za vse živih organizmov; imenujemo jih tudi motorične beljakovine. Te se premikajo skozi citoplazmo celic in s hidrolizo ATP pretvorijo kemično energijo v mehansko delo.

Njegova najpomembnejša funkcija je, da prekine vodikove vezi med dušikovimi bazami nukleinskih kislin in tako omogoči njihovo razmnoževanje. Pomembno je poudariti, da so helikaze praktično vseprisotne, saj so prisotne v virusih, bakterijah in evkariontskih organizmih.

Encimi, ki sodelujejo pri razmnoževanju bakterije Escherichia coli. Posneto in urejeno iz Césarja Benita Jiméneza prek Wikimedia Commons.

Prvi od teh beljakovin ali encimov je bil odkrit leta 1976 v bakteriji Escherichia coli; dve leti pozneje je bila prva helikaza odkrita v evkariontskem organizmu, v rastlinah lilije.

Trenutno so proteini helikaze značilni v vseh naravnih kraljestvih, vključno z virusi, kar pomeni, da je bilo pridobljeno veliko znanja o teh hidroliznih encimih, njihovih funkcijah v organizmih in njihovi mehanični vlogi.

značilnosti

Helikaze so biološke ali naravne makromolekule, ki pospešujejo kemične reakcije (encimi). Zanjo je značilno ločevanje kemičnih kompleksov adenozin trifosfata (ATP) s hidrolizo.

Ti encimi uporabljajo ATP za vezavo in predelavo kompleksov deoksiribonukleinskih kislin (DNK) in ribonukleinske kisline (RNA).

Obstajata vsaj 2 vrsti helikaze: DNA in RNA.

DNA helikaza

DNA helikaze delujejo pri podvajanju DNK in je značilno z ločevanjem dvoverižne DNK na enojne niti.

RNA helikaza

Ti encimi delujejo v presnovnih procesih ribonukleinske kisline (RNA) in pri množenju, razmnoževanju ali ribosomalni biogenezi.

RNA helikaza je ključna tudi v postopku pred spajkanjem selitvene RNA (mRNA) in začetku sinteze beljakovin po prepisu DNK v RNK v celičnem jedru.

Taksonomija

Te encime lahko ločimo glede na homolognost sekvenciranja aminokislin na osnovno aminokislinsko ATPazno domeno ali z deljenimi motivi sekvenciranja. Glede na klasifikacijo so te združene v 6 superdružin (SF 1-6):

SF1

Encimi te naddružine imajo translokacijsko polariteto 3 '-5' ali 5 '-3' in ne tvorijo obročnih struktur.

SF2

Znana je kot najširša skupina helic, sestavljena pa je predvsem iz helikoz RNA. Polarnost translokacije ima na splošno 3 '-5' z zelo malo izjemami.

Imajo devet motivov (iz angleškega motiva, kar pomeni "ponavljajoči se elementi") zelo ohranjenih zaporedij aminokislin in, podobno kot SF1, ne tvorijo obročnih struktur.

SF3

So značilne helikaze virusov in imajo edinstveno translokacijsko polariteto 3 '-5'. Imajo le štiri zelo ohranjene zaporedne motive in tvorijo obročne strukture ali obroče.

SF4

Najprej so jih opisali pri bakterijah in bakteriofagih. So skupina razmnoževalnih ali replikativnih helic.

Imajo edinstveno translokacijsko polarnost 5 '-3' in imajo pet zelo ohranjenih zaporednih motivov. Za te helikaze je značilno, da tvorijo obroče.

SF5

So beljakovine tipa faktorja Rho. Helikaze superfamilije SF5 so značilne za prokariotske organizme in so odvisne od heksamerne ATP. Menijo, da so tesno povezani s SF4; poleg tega imajo obročasto in ne obročasto obliko.

SF6

So beljakovine, ki so očitno povezane s superdružino SF3; vendar SF6 predstavlja domeno ATPaza proteinov, povezanih z različnimi celičnimi aktivnostmi (proteini AAA), ki niso prisotni v SF3.

Struktura

V strukturi imajo vse helikaze visoko ohranjene motive zaporedja v sprednjem delu svoje primarne strukture. Del molekule ima določeno razporeditev aminokislin, ki je odvisna od specifične funkcije vsake helikaze.

Najbolj strukturno proučene helike so tiste iz družine SF1. Znano je, da se ti proteini združijo v dve domeni, ki sta zelo podobni večnamenskim beljakovinam RecA, ti domeni pa tvorita žep za vezavo ATP.

Nezahranjene regije imajo lahko specifična področja, kot so vrsta prepoznavanja DNA, domena lokalizacije celic in protein-protein.

Kristalna struktura kompleksa eIF4A-PDCD4. EIF4A1 dimer podenote Helicase, vezan na PDCD4 (cijan). Vzeto in urejeno iz: AyacopPlease flattr this, iz Wikimedia Commons.

Lastnosti

DNA helikaza

Funkcije teh proteinov so odvisne od pomembnih različnih dejavnikov, med katerimi so okoljski stres, celična proga, genetsko ozadje in stadiji celičnega cikla.

Znano je, da helikaze SF1 DNA igrajo posebne vloge pri popravljanju, razmnoževanju, prenosu in rekombinaciji DNK.

Ločujejo verige dvojne vijačnice DNA in sodelujejo pri vzdrževanju telomerov, obnavljanju dvojnih pramenov in odstranjevanju beljakovin, povezanih z nukleinsko kislino.

RNA helikaza

Kot smo že omenili, so helikaze RNA vitalne v veliki večini presnovnih procesov RNK in ti proteini so tudi znani, da sodelujejo pri odkrivanju virusne RNA.

Poleg tega delujejo na protivirusni imunski odziv, saj zaznajo tujo ali tujo RNA (pri vretenčarjih).

Medicinski pomen

Helikaze pomagajo celicam pri premagovanju endogenega in eksogenega stresa, preprečujejo kromosomsko nestabilnost in ohranjajo celično ravnovesje.

Neuspeh tega sistema ali homeostatskega ravnovesja je povezan z genetskimi mutacijami, ki vključujejo gene, ki kodirajo beljakovine tipa helikaze; zato so predmet biomedicinskih in genetskih raziskav.

Spodaj bomo omenili nekatere bolezni, povezane z mutacijami v genih, ki kodirajo DNK kot beljakovine tipa helikaze:

Wernerjev sindrom

Gre za genetsko bolezen, ki jo povzroči mutacija v genu, imenovanem WRN, ki kodira helikazo. Mutantna helikaza ne deluje pravilno in povzroči številne bolezni, ki skupaj sestavljajo Wernerjev sindrom.

Glavna značilnost tistih, ki trpijo zaradi te patologije, je njihovo prezgodnje staranje. Da se bolezen lahko manifestira, mora mutirani gen podedovati oba starša; pojavnost je zelo nizka in za njegovo ozdravitev ni zdravljenja.

Bloomov sindrom

Bloomov sindrom je genetska bolezen, ki izhaja iz mutacije avtosomskega gena, imenovanega BLM, ki kodira protein helikaze. Pojavlja se le pri posameznikih, ki so homozigotni za ta lik (recesivni).

Glavna značilnost te redke bolezni je preobčutljivost za sončno svetlobo, kar povzroča kožne lezije eritromatoznega izpuščaja. Zdravila še ni.

Rothmund-Thomson sindrom

Znana je tudi kot prirojena atrofična poikiloderma. Gre za patologijo zelo redkega genetskega izvora: do danes je na svetu opisanih manj kot 300 primerov.

Povzroča ga mutacija v genu RECQ4, avtosomno recesivnem genu, ki se nahaja na kromosomu 8.

Simptomi ali stanja tega sindroma vključujejo mladoletno katarakto, nepravilnosti v skeletnem sistemu, depigmentacijo, kapilaro dilatacijo in atrofijo kože (poikiloderma). V nekaterih primerih se lahko pojavijo hipertiroidizem in pomanjkanje proizvodnje testosterona.

Reference

1. RM Brosh (2013). DNA helikaze, ki sodelujejo pri popravljanju DNK in njihove vloge pri raku. Narava Ocene Rak.
2. Helicase. Pridobljeno iz Nature.com.
3. Helicase. Pridobljeno s strani en.wikipedia.org.
4. A. Juárez, LP Islas, AM Rivera, SE Tellez, MA Duran (2011). Rothmund-Thompsonov sindrom (prirojena atrofična poikiloderma) pri nosečnici. Klinika in raziskave iz ginekologije in porodništva.
5. KD Raney, AK Byrd, S. Aarattuthodiyil (2013). Struktura in mehanizmi helikoz SF1 DNA. Napredek eksperimentalne medicine in biologije.
6. Bloomov sindrom. Pridobljeno iz Medicina.ufm.edu.
7. M. Singleton, MS Dillingham, DB Wigley (2007). Struktura in mehanizem translokacij helikaz in nukleinskih kislin. Letni pregled biokemije.