HELICASA: VLASTNOSTI, STRUKTURY A FUNKCE - ANATOMIE A FYZIOLOGIE - 2025

Helikázy se týká skupiny enzymů typu protein-hydrolytické, které jsou pro všechny živé organismy velmi důležité; nazývají se také motorické proteiny. Ty se pohybují buněčnou cytoplazmou a přeměňují chemickou energii na mechanickou práci prostřednictvím hydrolýzy ATP.

Jeho nejdůležitější funkcí je přerušit vodíkové vazby mezi dusíkatými bázemi nukleových kyselin, což umožňuje jejich replikaci. Je důležité zdůraznit, že helikázy jsou prakticky všudypřítomné, protože jsou přítomny ve virech, bakteriích a eukaryotických organismech.

Enzymy zapojené do replikace Escherichia coli. Převzato a upraveno od Césara Benita Jiméneze prostřednictvím Wikimedia Commons.

První z těchto proteinů nebo enzymů byl objeven v roce 1976 v bakterii Escherichia coli; o dva roky později byla objevena první helikáza v eukaryotickém organismu, v rostlinách lilie.

V současné době byly helikázové proteiny charakterizovány ve všech přirozených říších, včetně virů, což znamená, že o těchto hydrolytických enzymech, jejich funkcích v organismech a jejich mechanistické roli bylo získáno velké množství znalostí.

vlastnosti

Hellikázy jsou biologické nebo přírodní makromolekuly, které urychlují chemické reakce (enzymy). Vyznačují se hlavně separací chemických komplexů adenosintrifosfátu (ATP) hydrolýzou.

Tyto enzymy používají ATP k vázání a remodelaci komplexů deoxyribonukleových kyselin (DNA) a ribonukleových kyselin (RNA).

Existují alespoň 2 typy helikáz: DNA a RNA.

DNA helikáza

DNA helikázy působí při replikaci DNA a jsou charakterizovány separací dvouřetězcové DNA na jednotlivé řetězce.

RNA helikáza

Tyto enzymy působí v metabolických procesech kyseliny ribonukleové (RNA) a v množení, reprodukci nebo ribozomální biogenezi.

RNA helikáza je také klíčová v procesu předběžného sestřihu messengerové RNA (mRNA) a zahájení syntézy proteinů po transkripci DNA na RNA v buněčném jádře.

Taxonomie

Tyto enzymy mohou být diferencovány podle své homologie aminokyselinového sekvenování k jádrové doméně aminokyseliny ATPázy nebo podle sdílených sekvenčních motivů. Podle klasifikace jsou rozděleny do 6 superfamilií (SF 1-6):

SF1

Enzymy této nadrodiny mají translokační polaritu 3'-5 'nebo 5'-3' a netvoří kruhové struktury.

SF2

Je známá jako nejširší skupina helikáz a je složena hlavně z RNA helikáz. Mají translokační polaritu obecně 3'-5 ', až na několik málo výjimek.

Mají devět motivů (z anglických motivů, které se překládají na „opakující se prvky“) vysoce konzervovaných aminokyselinových sekvencí a podobně jako SF1 netvoří kruhové struktury.

SF3

Jsou to typické helikázy virů a mají jedinečnou translokační polaritu 3'-5 '. Mají pouze čtyři vysoce konzervované sekvenční motivy a tvoří prstencové struktury nebo kruhy.

SF4

Nejprve byly popsány u bakterií a bakteriofágů. Jsou to skupiny replikujících se nebo replikujících helikóz.

Mají jedinečnou translokační polaritu 5'-3 'a mají pět vysoce konzervovaných sekvenčních motivů. Tyto helikózy jsou charakterizovány tvarovacími kroužky.

SF5

Jsou to proteiny typu Rho faktoru. Helikázy superrodiny SF5 jsou charakteristické pro prokaryotické organismy a jsou závislé na hexamerických ATP. Předpokládá se, že úzce souvisí s SF4; Dále mají prstencové a ne-prstencové tvary.

SF6

Jsou to proteiny zřejmě příbuzné superrodině SF3; SF6 však představují doménu ATPázových proteinů spojených s různými buněčnými aktivitami (AAA proteiny), které nejsou přítomny v SF3.

Struktura

Strukturálně mají všechny helikózy vysoce konzervované sekvenční motivy v přední části své primární struktury. Část molekuly má zvláštní uspořádání aminokyselin, které závisí na specifické funkci každé helikázy.

Strukturálně nejvíce studované helikózy jsou helikázy z nadrodiny SF1. Je známo, že tyto proteiny se shlukují do 2 domén velmi podobných multifunkčním RecA proteinům a tyto domény mezi sebou tvoří vazebnou kapsu ATP.

Nekonzervované oblasti mohou mít specifické domény, jako je typ rozpoznávání DNA, doména lokalizace buněk a protein-protein.

Krystalová struktura komplexu eIF4A-PDCD4. EIF4A1 dimer helikázové podjednotky vázaný na PDCD4 (azurový). Převzato a upraveno z: AyacopPlease flattr this, from Wikimedia Commons.

Funkce

DNA helikáza

Funkce těchto proteinů závisí na důležité paletě faktorů, mezi nimiž jsou environmentální stres, buněčná linie, genetické pozadí a stádia buněčného cyklu.

Je známo, že helikázy SF1 DNA slouží specifickým rolím při opravě, replikaci, přenosu a rekombinaci DNA.

Oddělují vlákna dvojité šroubovice DNA a podílejí se na údržbě telomer, opravě zlomů dvou řetězců a odstraňování proteinů spojených s nukleovými kyselinami.

RNA helikáza

Jak již bylo zmíněno, RNA helikázy jsou životně důležité ve velké většině metabolických procesů RNA a je známo, že tyto proteiny se účastní detekce virové RNA.

Kromě toho působí v antivirové imunitní odpovědi, protože detekují cizí nebo cizí RNA (u obratlovců).

Lékařský význam

Hellicases pomáhají buňkám překonávat endogenní a exogenní stres, brání chromozomální nestabilitě a udržují buněčnou rovnováhu.

Selhání tohoto systému nebo homeostatické rovnováhy souvisí s genetickými mutacemi, které zahrnují geny, které kódují proteiny typu helikázy; z tohoto důvodu jsou předmětem biomedicínských a genetických studií.

Níže uvedeme některá z nemocí souvisejících s mutacemi v genech, které kódují DNA jako proteiny helikázy:

Wernerův syndrom

Je to genetické onemocnění způsobené mutací v genu zvaném WRN, které kóduje helikázu. Mutantní helikáza nefunguje správně a způsobuje řadu nemocí, které společně tvoří Wernerův syndrom.

Hlavní charakteristikou těch, kteří trpí touto patologií, je jejich předčasné stárnutí. Aby se nemoc projevila, musí být mutantní gen zděděn od obou rodičů; jeho incidence je velmi nízká a léčba jeho léčby neexistuje.

Bloomův syndrom

Bloomův syndrom je genetické onemocnění, které je výsledkem mutace autozomálního genu nazývaného BLM, který kóduje protein helikázy. Vyskytuje se pouze u jedinců homozygotních pro tuto postavu (recesivní).

Hlavním rysem tohoto vzácného onemocnění je přecitlivělost na sluneční světlo, které způsobuje kožní léze erytromatózní vyrážky. Zatím neexistuje žádný lék.

Rothmund-Thomsonův syndrom

To je také známé jako vrozená atrofická poikiloderma. Je to patologie velmi vzácného genetického původu: do dnešního dne je na světě popsáno méně než 300 případů.

Je to způsobeno mutací genu RECQ4, autozomálně recesivního genu, který je umístěn na chromozomu 8.

Mezi příznaky nebo stavy tohoto syndromu patří juvenilní katarakty, abnormality v kosterním systému, depigmentace, kapilární dilatace a atrofie kůže (poikiloderma). V některých případech se může objevit hypertyreóza a nedostatek produkce testosteronu.

Reference

1. RM Brosh (2013). DNA helikoptéry zapojené do opravy DNA a jejich role v rakovině. Recenze přírody Rakovina.
2. Helicase. Obnoveno z webu Nature.com.
3. Helicase. Obnoveno z en.wikipedia.org.
4. A. Juárez, LP Islas, AM Rivera, SE Tellez, MA Duran (2011). Rothmund-Thompsonův syndrom (vrozená atrofická poikiloderma) u těhotné ženy. Klinika a výzkum v gynekologii a porodnictví.
5. KD Raney, AK Byrd, S. Aarattuthodiyil (2013). Struktura a mechanismy DNA helikáz SF1. Pokroky v experimentální medicíně a biologii.
6. Bloomův syndrom. Obnoveno z Medicina.ufm.edu.
7. M. Singleton, MS Dillingham, DB Wigley (2007). Struktura a mechanismus transkasik helikóz a nukleových kyselin. Roční přehled biochemie.