HELICASA: CARACTERISTICI, STRUCTURI ȘI FUNCȚII - ANATOMIE ȘI FIZIOLOGIE - 2025

Helicase se referă la un grup de enzime de tipul de proteine hidrolitice care sunt foarte importante pentru toate organismele vii; ele se mai numesc proteine ​​motorii. Acestea se deplasează prin citoplasma celulară, transformând energia chimică în lucru mecanic prin hidroliza ATP.

Cea mai importantă funcție a sa este să rupă legăturile de hidrogen între bazele azotate ale acizilor nucleici, permițând astfel replicarea lor. Este important de subliniat faptul că elicazele sunt practic omniprezente, deoarece sunt prezente la virusuri, bacterii și organisme eucariote.

Enzimele implicate în replicarea Escherichia coli. Preluat și editat din César Benito Jiménez, prin Wikimedia Commons.

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

În prezent, proteinele helicazice au fost caracterizate în toate regnurile naturale, inclusiv virușii, ceea ce implică faptul că s-au generat vaste cunoștințe despre aceste enzime hidrolitice, funcțiile lor în organisme și rolul mecanic.

caracteristici

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

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

Există cel puțin 2 tipuri de helicaze: ADN și ARN.

ADN helicază

Helicazele ADN acționează în replicarea ADN-ului și se caracterizează prin separarea ADN-ului dublu-catenar în catenele unice.

ARN helicază

Aceste enzime acționează în procesele metabolice ale acidului ribonucleic (ARN) și în înmulțirea, reproducerea sau biogeneza ribozomală.

ARN helicasa este, de asemenea, cheia în procesul de pre-spplicare a ARN-ului mesager (ARNm) și inițierea sintezei proteice, după transcrierea ADN-ului la ARN în nucleul celular.

Taxonomie

Aceste enzime pot fi diferențiate în funcție de omologia lor de secvențiere a aminoacizilor în domeniul nucleului ATPazei aminoacidului sau prin motive de secvențiere partajate. Conform clasificării, acestea sunt grupate în 6 superfamilii (SF 1-6):

SF1

Enzimele acestei superfamilii au polaritatea de translație 3′-5 ′ sau 5′-3 ′ și nu formează structuri inelare.

SF2

Este cunoscut ca cel mai larg grup de helicaze și este compus în principal din elicaze ARN. Au polaritate de translație, în general, 3 '-5' cu foarte puține excepții.

Au nouă motive (din motive englezești, care se traduce prin „elemente recurente”) din secvențe de aminoacizi extrem de conservate și, la fel ca SF1, nu formează structuri inelare.

SF3

Ele sunt helicaze caracteristice ale virusurilor și au o polaritate de translație unică de 3′-5 ′. Dețin doar patru motive secvențiale extrem de conservate și formează structuri sau inele de inel.

SF4

Au fost descrise pentru prima dată în bacterii și bacteriofage. Ele sunt un grup de helicaze replicante sau replicative.

Au polaritatea de translație unică de 5′-3 ′ și au cinci motive secvențiale extrem de conservate. Aceste elicaze sunt caracterizate prin formarea de inele.

SF5

Sunt proteine ​​de tipul factorului Rho. Helicazele superfamiliei SF5 sunt caracteristice organismelor procariote și sunt dependente de ATP hexameric. Se crede că sunt strâns legate de SF4; în plus, au forme inelare și neanulare.

SF6

Sunt proteine ​​aparent legate de superfamilia SF3; cu toate acestea, SF6s prezintă un domeniu al proteinelor ATPase asociate cu diverse activități celulare (proteine ​​AAA) neprezente în SF3.

Structura

Din punct de vedere structural, toate helicazele au motive secvențiale extrem de conservate în porțiunea anterioară a structurii lor primare. O porțiune a moleculei are un aranjament particular de aminoacizi care depinde de funcția specifică a fiecărei elicize.

Cele mai studiate structural helicaze sunt cele ale superfamiliei SF1. Se știe că aceste proteine ​​se grupează în 2 domenii foarte asemănătoare cu proteinele RecA multifuncționale și aceste domenii formează un buzunar care leagă ATP între ele.

Regiunile neconervate pot avea domenii specifice, cum ar fi tipul de recunoaștere ADN, domeniul de localizare celulară și proteina-proteină.

Structura cristalină a complexului eIF4A-PDCD4. Dimer EIF4A1 al subunității Helicase, legat de PDCD4 (cyan). Preluat și editat din: AyacopPlease flattr this, de la Wikimedia Commons.

Caracteristici

ADN helicază

Funcțiile acestor proteine ​​depind de o varietate importantă de factori, printre care se numără stresul de mediu, linia celulară, fondul genetic și etapele ciclului celular.

Se cunoaște că helicasele ADN SF1 îndeplinesc roluri specifice în repararea, replicarea, transferul și recombinarea ADN-ului.

Aceștia separă catene de dublă helixă ADN și participă la întreținerea telomerelor, repararea pauzelor cu dublă catenă și eliminarea proteinelor asociate acidului nucleic.

ARN helicază

După cum am menționat anterior, elicazele ARN sunt vitale în marea majoritate a proceselor metabolice ARN, iar aceste proteine ​​sunt, de asemenea, cunoscute pentru a participa la detectarea ARN viral.

În plus, acționează în răspunsul imun antiviral, deoarece detectează ARN străin sau străin (la vertebrate).

Semnificația medicală

Hellicele ajută celulele să depășească stresul endogen și exogen, prevenind instabilitatea cromozomială și menținând echilibrul celular.

Eșecul acestui sistem sau echilibru homeostatic este legat de mutații genetice care implică gene care codifică proteine ​​de tip helicază; din acest motiv fac obiectul unor studii biomedicale și genetice.

Mai jos vom menționa unele dintre bolile legate de mutații la genele care codifică ADN-ul ca proteine ​​de tip helicază:

Sindromul Werner

Este o boală genetică cauzată de o mutație într-o genă numită WRN, care codifică o elicază. Elicaza mutantă nu funcționează corect și provoacă o serie de boli care alcătuiesc sindromul Werner.

Principala caracteristică a celor care suferă de această patologie este îmbătrânirea prematură a acestora. 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 sa.

Sindromul Bloom

Sindromul Bloom este o boală genetică care rezultă din mutația unei gene autosomale numită BLM care codifică o proteină helicazică. Apare numai la indivizii homozigoti pentru acel personaj (recesiv).

Principala caracteristică a acestei boli rare este hipersensibilitatea la lumina soarelui, care provoacă leziuni cutanate ale erupției eritromate. Nu există încă o cură.

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 lume.

Este cauzată de o mutație a genei RECQ4, o genă autosomală recesivă care este localizată pe cromozomul 8.

Printre simptomele sau afecțiunile acestui sindrom se numără cataracta juvenilă, anomalii în sistemul scheletului, depigmentare, dilatație capilară și atrofierea pielii (poikiloderma). În unele cazuri, poate apărea hipertiroidism și deficiență în producția de testosteron.

Referințe

1. RM Brosh (2013). Helicazele ADN implicate în repararea ADN-ului și rolurile lor în cancer. Recenzii ale naturii Rac.
2. Helicazei. Recuperat din natura.com.
3. Helicazei. Recuperat de pe en.wikipedia.org.
4. A. Juárez, LP Islas, AM Rivera, SE Tellez, MA Duran (2011). Sindromul Rothmund-Thompson (poikiloderma atrofică congenitală) la o femeie însărcinată. Clinică și cercetare în ginecologie și obstetrică.
5. KD Raney, AK Byrd, S. Aarattuthodiyil (2013). Structura și mecanismele SF Helicele ADN SF1. Avansuri în medicina experimentală și biologie.
6. Sindromul Bloom. Recuperat din Medicina.ufm.edu.
7. M. Singleton, MS Dillingham, DB Wigley (2007). Structura și mecanismul elicozelor și translocazelor cu acid nucleic. Revizuirea anuală a biochimiei.