Helicasa: caracteristici, structuri și funcții

Helicaza se referă la un grup de enzime de tip proteic-hidrolitic foarte important pentru toate organismele vii; ele sunt, de asemenea, numite proteine ​​motorii. Se deplasează prin citoplasma celulară, transformând energia chimică în muncă mecanică prin hidroliza ATP.

Cea mai importantă funcție este de a rupe legăturile de hidrogen dintre bazele azotate ale acizilor nucleici, permițând astfel replicarea lor. Este important să subliniem că helicazele sunt practic omniprezente, deoarece sunt prezente în viruși, bacterii și în organisme eucariote.

Prima dintre aceste proteine ​​sau enzime a fost descoperită în 1976 în bacteria Escherichia coli ; Doi ani mai târziu, prima helicază a fost descoperită într-un organism eucariot, în plante de crin.

În prezent, proteinele helicase au fost caracterizate în toate regnurile naturale, inclusiv viruși, ceea ce implică generarea unei cunoașteri ample despre aceste enzime hidrolitice, funcțiile lor în organisme și rolul lor mecanic.

caracteristici

Helicazele sunt macromolecule biologice sau naturale care accelerează reacțiile chimice (enzime). Acestea sunt caracterizate în principal prin separarea complexelor chimice de adenozin trifosfat (ATP) prin hidroliză.

Aceste enzime utilizează ATP pentru a lega și remodela complexele de acizi dezoxiribonucleici (ADN) și acizi ribonucleici (ARN).

Există cel puțin două tipuri de helicaze: ADN și ARN.

ADN helicase

Helicazele ADN-ului acționează asupra replicării ADN și sunt caracterizate prin separarea ADN-ului de dublele fire în singurele fire.

Helicase ARN

Aceste enzime acționează în procesele metabolice ale acidului ribonucleic (ARN) și în procesul de multiplicare, reproducere sau biogeneză ribozomală.

ARN helicase este, de asemenea, cheia în procesul de ARN mesager pre-asamblare (mRNA) și inițierea sintezei proteinelor, după transcrierea ADN-ului la ARN în nucleul celular.

taxonomie

Aceste enzime pot fi diferențiate în funcție de omologia lor în secvențierea aminoacizilor din domeniul ATPazei central de aminoacizi sau din motive de secvențiere partajată. Potrivit clasificării, acestea sunt grupate în 6 superfamilii (SF 1-6):

SF1

Enzimele acestei superfamilii au o polaritate a translocării 3'-5 'sau 5'-3' și nu formează structuri inelare.

SF2

Este cunoscut ca cel mai mare grup de helicaze și este compus în principal din helicaze ARN. Ei au o polaritate de translocație în general de 3'-5 'cu foarte puține excepții.

Acestea au nouă motive (de motive engleze, care se traduc ca "elemente recurente") de secvențe de aminoacizi foarte conservate și, ca SF1, nu formează structuri inelare.

SF3

Acestea sunt helicaze asemănătoare virusului și au o polaritate unică de translocație de 3'-5 '. Ele posedă doar patru motive de secvență foarte conservate și formează structuri inele sau inele.

SF4

Acestea au fost descrise pentru prima dată în bacterii și bacteriofagi. Acestea sunt un grup de helicaze care replică sau replică.

Ei au o polaritate unică de translocație de 5'-3 'și au cinci motive de secvență foarte conservate. Aceste helicaze sunt caracterizate deoarece formează inele.

SF5

Acestea sunt proteine ​​de tipul factorului Rho. Helicazele superfamiliei SF5 sunt caracteristice organismelor prokaryote și sunt dependente de hexamerice de ATP. Se crede că acestea sunt strâns legate de SF4; în plus, ele prezintă forme inele și nu inele.

SF6

Ele sunt proteine ​​aparent legate de superfamilia SF3; totuși, SF6 prezintă un domeniu al proteinelor ATPază asociate cu diferite activități celulare (proteine ​​AAA) care nu sunt prezente în SF3.

structură

Structurally, toate helicazele au motive de secvență foarte conservate în partea anterioară a structurii lor primare. O porțiune a moleculei are un aranjament special de aminoacizi care depinde de funcția specifică a fiecărei helicaze.

Cele mai studiate helicaze din punct de vedere structural sunt cele ale superfamiliei SF1. Se știe că aceste proteine ​​sunt grupate în 2 domenii foarte asemănătoare cu proteinele multifuncționale RecA, iar aceste domenii formează un buzunar de legare ATP între ele.

Regiunile neconservate pot avea domenii specifice de tipul recunoașterii ADN-ului, a domeniului localizării celulare și a domeniului proteină-proteină.

funcții

ADN helicase

Funcțiile acestor proteine ​​depind de o varietate importantă de factori, dintre care stresul ambiental, linia celulelor, fundalul genetic și etapele ciclului celular se remarcă.

Se știe că helicazele ADN ale SF1 îndeplinesc funcții specifice în reparația, replicarea, transferul și recombinarea ADN-ului.

Ei separă lanțurile unei dublu helixuri din ADN și participă la întreținerea telomerilor, în reparații prin ruperea firului dublu și în eliminarea proteinelor asociate acizilor nucleici.

Helicase ARN

După cum sa menționat anterior, helicazele ARN sunt vitale în marea majoritate a proceselor metabolice ale ARN și este de asemenea cunoscut faptul că aceste proteine ​​sunt implicate în detectarea ARN-ului viral.

În plus, acționează asupra răspunsului imun antiviral, deoarece acestea detectează ARN străin sau sunt străine organismului (la vertebrate).

Importanța medicală

Helicase ajută celulele să depășească stresul endogen și exogen, evitând instabilitatea cromozomilor și menținând echilibrul celular.

Eșecul acestui sistem sau echilibrul homeostatic este legat de mutațiile genetice care implică gene care codifică proteine ​​de tipul helicazei; din acest motiv ele fac obiectul studiilor biomedicale și genetice.

Apoi, vom menționa unele dintre bolile legate de mutații ale genelor care codifică ADN-ul ca proteine ​​asemănătoare helicazei:

Werner

Este o boală genetică cauzată de o mutație a unei gene numită WRN, care codifică o helicază. Helicaza mutantă nu acționează corect și provoacă o serie de boli care împreună formează sindromul Werner.

Caracteristica principală a celor care suferă de această patologie este îmbătrânirea lor prematură. Pentru ca boala să se manifeste, gena mutantă trebuie moștenită de la ambii părinți; Incidența sa este foarte scăzută și nu există tratament pentru vindecarea acesteia.

Sindromul Bloom

Sindromul Bloom este o boală genetică provocată de mutația unei gene autosomale denumită BLM care codifică o proteină helicază. Se întâmplă numai pentru indivizii homozigoți pentru acel personaj (recesiv).

Caracteristica principală a acestei boli rare este hipersensibilitatea la lumina soarelui, care cauzează leziuni cutanate de tip erupțiilor eritematoase. Nu există nici un remediu încă.

Sindromul Rothmund-Thomson

Este, de asemenea, cunoscut sub numele de poikiloderma atrofică congenitală. Este o patologie de origine genetică foarte rară: până în prezent există mai puțin de 300 de cazuri descrise în întreaga lume.

Aceasta este cauzată de o mutație a genei RECQ4, o genă autosomală cu o manifestare recesivă care se află pe cromozomul 8.

Simptomele sau afecțiunile acestui sindrom includ cataracta juvenilă, anomalii ale sistemului osos, depigmentare, dilatare capilară și atrofie cutanată (poikiloderma). În unele cazuri poate apărea hipertiroidism și deficiență în producerea de testosteron.