HELICASA: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРИ И ФУНКЦИИ - АНАТОМИЯ И ФИЗИОЛОГИЯ - 2026

В хеликаза се отнася до група от ензими на протеин-хидролитична тип, които са много важни за всички живи организми; те също се наричат ​​двигателни протеини. Те се движат през клетъчната цитоплазма, превръщайки химическата енергия в механична работа чрез хидролиза на АТФ.

Най-важната му функция е да разрушава водородните връзки между азотните основи на нуклеиновите киселини, като по този начин позволява тяхното размножаване. Важно е да се подчертае, че хеликазите са практически повсеместни, тъй като присъстват във вируси, бактерии и еукариотни организми.

Ензими, участващи в репликацията на ешерихия коли. Взето и редактирано от Сесар Бенито Хименес, чрез Wikimedia Commons.

Първият от тези протеини или ензими е открит през 1976 г. в бактерията Escherichia coli; две години по-късно първата хеликаза е открита в еукариотен организъм, в растения с лилии.

Понастоящем хеликазните протеини се характеризират във всички природни царства, включително вируси, което означава, че са получени огромни познания за тези хидролитични ензими, техните функции в организмите и тяхната механична роля.

характеристики

Хеликазите са биологични или естествени макромолекули, които ускоряват химичните реакции (ензими). Те се характеризират главно с отделяне на химични комплекси на аденозин трифосфат (АТФ) чрез хидролиза.

Тези ензими използват ATP за свързване и ремоделиране на комплекси от дезоксирибонуклеинови киселини (ДНК) и рибонуклеинови киселини (РНК).

Има поне 2 вида хеликази: ДНК и РНК.

ДНК хеликаза

ДНК хеликазите действат в репликацията на ДНК и се характеризират с разделяне на двуверижна ДНК в единични вериги.

РНК хеликаза

Тези ензими действат в метаболитните процеси на рибонуклеиновата киселина (РНК) и при размножаването, възпроизводството или рибозомната биогенеза.

РНК хеликазата също е ключова в процеса на предварително сплайсиране на месинджърната РНК (мРНК) и инициирането на протеиновия синтез след транскрипция на ДНК в РНК в клетъчното ядро.

таксономия

Тези ензими могат да бъдат диференцирани според тяхната хомология за секвениране на аминокиселини към основния аминокиселинен АТФазен домейн или чрез споделени мотиви на секвениране. Според класификацията те са групирани в 6 суперсемейства (SF 1-6):

SF1

Ензимите от тази суперсемейство имат полярност на транслокация 3 '-5' или 5 '-3' и не образуват пръстеновидни структури.

SF2

Известен е като най-широката група хеликази и се състои главно от РНК хеликази. Те имат транслокационна полярност обикновено 3'-5 'с много малки изключения.

Те имат девет мотива (от английски мотиви, което се превежда като "повтарящи се елементи") на силно запазени аминокиселинни последователности и, подобно на SF1, не образуват пръстеновидни структури.

SF3

Те са характерни хеликази на вирусите и имат уникална полярност на транслокация от 3 '-5'. Те притежават само четири силно запазени последователности и формират пръстенови структури или пръстени.

SF4

Те бяха описани за първи път в бактерии и бактериофаги. Те представляват група репликационни или репликационни хеликаси.

Те имат уникална транслокационна полярност от 5'-3 'и имат пет силно запазени последователности. Тези спирали се характеризират с образуване на пръстени.

SF5

Те са протеини от типа фактор Rho. Хеликазите на суперсемейството SF5 са характерни за прокариотните организми и са хексамерни ATP-зависими. Смята се, че те са тясно свързани с SF4; в допълнение, те имат пръстеновидна и не пръстеновидна форма.

SF6

Те са протеини, очевидно свързани с суперсемейството SF3; въпреки това, SF6 представляват домейн от ATPase протеини, свързани с различни клетъчни активности (AAA протеини), които не присъстват в SF3.

структура

В структурно отношение всички хеликази имат силно запазени мотиви на последователност в предната част на основната си структура. Част от молекулата има определена аминокиселинна подредба, която зависи от специфичната функция на всяка хеликаза.

Най-структурно изследваните хеликази са тези от свръхсемейството SF1. Известно е, че тези протеини се групират в 2 домена, много подобни на многофункционалните RecA протеини, и тези домейни образуват ATP свързващ джоб между тях.

Незащитените региони могат да имат специфични домейни като тип на разпознаване на ДНК, домейн на локализация на клетките и протеин-протеин.

Кристална структура на eIF4A-PDCD4 комплекса. EIF4A1 димер на субедината Helicase, свързан към PDCD4 (циан). Взето и редактирано от: AyacopPlease flattr this, от Wikimedia Commons.

Характеристика

ДНК хеликаза

Функциите на тези протеини зависят от важно разнообразие от фактори, сред които са екологичен стрес, клетъчна линия, генетичен произход и етапи на клетъчния цикъл.

Известно е, че SF1 ДНК хеликазите играят специфични роли в възстановяването, репликацията, прехвърлянето и рекомбинацията на ДНК.

Те отделят нишки на ДНК двойна спирала и участват в поддържането на теломери, възстановяването на двойната верига и отстраняването на свързани с нуклеиновите киселини протеини.

РНК хеликаза

Както беше споменато по-горе, РНК хеликазите са жизненоважни при огромната част от метаболитните процеси в РНК, а също така е известно, че тези протеини участват в откриването на вирусна РНК.

В допълнение, те действат в антивирусния имунен отговор, тъй като откриват чужда или чужда РНК (при гръбначни животни).

Медицинско значение

Хеликазите помагат на клетките да преодолеят ендогенен и екзогенен стрес, предотвратявайки хромозомната нестабилност и поддържайки клетъчния баланс.

Сривът на тази система или хомеостатичното равновесие е свързан с генетични мутации, които включват гени, кодиращи протеини от типа хеликаза; поради тази причина те са обект на биомедицински и генетични изследвания.

По-долу ще споменем някои от заболяванията, свързани с мутации в гени, кодиращи ДНК като протеини от хеликаза:

Синдром на Вернер

Това е генетично заболяване, причинено от мутация в ген, наречен WRN, който кодира хеликаза. Мутантната хеликаза не работи правилно и причинява редица заболявания, които заедно съставят синдрома на Вернер.

Основната характеристика на тези, които страдат от тази патология, е преждевременното им стареене. За да се прояви болестта, мутантният ген трябва да бъде наследен от двамата родители; честотата му е много ниска и няма лечение за неговото излекуване.

Синдром на Блум

Синдромът на Bloom е генетично заболяване, произтичащо от мутацията на автозомния ген, наречен BLM, който кодира протеин хеликаза. Среща се само за хора, хомозиготни за този характер (рецесивни).

Основната характеристика на това рядко заболяване е свръхчувствителност към слънчева светлина, което причинява кожни лезии на еритроматозния обрив. Все още няма лечение.

Синдром на Ротмунд-Томсън

Известен е още като вродена атрофична пойкилодермия. Това е патология с много рядък генетичен произход: към днешна дата в света има описани по-малко от 300 случая.

Причинява се от мутация в гена RECQ4, автозомно рецесивен ген, който се намира на хромозома 8.

Симптомите или състоянията на този синдром включват юношеска катаракта, аномалии в скелетната система, депигментация, дипилация на капилярите и атрофия на кожата (poikiloderma). В някои случаи може да се появи хипертиреоидизъм и дефицит в производството на тестостерон.

Препратки

1. RM Brosh (2013). ДНК хеликази, участващи в възстановяването на ДНК и техните роли в рака. Nature Reviews Рак.
2. Хелииказа. Възстановени от Nature.com.
3. Хелииказа. Възстановено от en.wikipedia.org.
4. А. Хуарес, LP Islas, AM Rivera, SE Tellez, MA Duran (2011). Синдром на Ротмунд-Томпсън (вродена атрофична пойкилодермия) при бременна жена. Клиника и изследвания в гинекологията и акушерството.
5. KD Raney, AK Byrd, S. Aarattuthodiyil (2013). Структура и механизми на SF1 ДНК хеликази. Напредък в експерименталната медицина и биология.
6. Синдром на Блум. Възстановен от Medicina.ufm.edu.
7. М. Сингълтън, MS Dillingham, DB Wigley (2007). Структура и механизъм на транслокации на хеликази и нуклеинова киселина. Годишен преглед на биохимията.