HELICASA: RAKSTUROJUMS, STRUKTŪRAS UN FUNKCIJAS - ANATOMIJA UN FIZIOLOĢIJA - 2025

Helikāzes attiecas uz grupu, enzīmu proteīnu-hidrolītiskais veidam, kas ir ļoti svarīgi, lai visiem dzīves organismiem; tos sauc arī par motoriem proteīniem. Tie pārvietojas pa šūnu citoplazmu, pārveidojot ķīmisko enerģiju mehāniskā darbā, izmantojot ATP hidrolīzi.

Tās vissvarīgākā funkcija ir pārtraukt ūdeņraža saites starp nukleīnskābju slāpekļa bāzēm, tādējādi ļaujot tām replicēties. Ir svarīgi uzsvērt, ka helikāzes ir praktiski visuresošas, jo tās atrodas vīrusos, baktērijās un eikariotu organismos.

Fermenti, kas iesaistīti Escherichia coli replikācijā. Uzņemts un rediģēts no César Benito Jiménez, izmantojot Wikimedia Commons.

Pirmais no šiem proteīniem vai fermentiem tika atklāts 1976. gadā baktērijā Escherichia coli; divus gadus vēlāk pirmā helikāze tika atklāta eikariotu organismā, liliju augos.

Pašlaik helikāzes proteīni ir raksturoti visās dabiskajās valstībās, ieskaitot vīrusus, un tas nozīmē, ka ir iegūtas plašas zināšanas par šiem hidrolītiskajiem fermentiem, to funkcijām organismos un to mehānisko lomu.

raksturojums

Helikāzes ir bioloģiskas vai dabiskas makromolekulas, kas paātrina ķīmiskās reakcijas (fermenti). Tos galvenokārt raksturo adenozīna trifosfāta (ATP) ķīmisko kompleksu atdalīšana hidrolīzes ceļā.

Šie fermenti izmanto ATP, lai saistītu un pārveidotu dezoksiribonukleīnskābju (DNS) un ribonukleīnskābju (RNS) kompleksus.

Ir vismaz 2 helikāžu veidi: DNS un RNS.

DNS helikāze

DNS helikāzes darbojas DNS replikācijā un ir raksturīgas ar to, ka divslāņu DNS tiek atdalīts vienā virknē.

RNS helikāze

Šie fermenti darbojas ribonukleīnskābes (RNS) metabolisma procesos un multiplācijas, vairošanās vai ribosomu bioģenēzes procesā.

RNS helikāze ir arī atslēga Messenger RNS (mRNS) pirmsizmantošanas procesā un olbaltumvielu sintēzes uzsākšanā pēc DNS transkripcijas uz RNS šūnas kodolā.

Taksonomija

Šos fermentus var diferencēt pēc to aminoskābju secības homoloģijas ar aminoskābes kodola ATPāzes domēnu vai ar kopīgiem sekvencēšanas motīviem. Saskaņā ar klasifikāciju tie ir sagrupēti 6 superģimenēs (SF 1-6):

SF1

Šīs superģimenes fermentiem ir 3′-5 ′ vai 5′-3 ′ translokācijas polaritāte un tie neveido gredzena struktūras.

SF2

To sauc par visplašāko helikāžu grupu, un to galvenokārt veido RNS helikāzes. Viņiem ir translokācijas polaritāte parasti 3′-5 ′ ar ļoti nedaudziem izņēmumiem.

Viņiem ir deviņi augsti konservētu aminoskābju secību motīvi (no angļu valodas motīviem, kas tulkojumā nozīmē “atkārtojas elementi”) un, tāpat kā SF1, neveido gredzenveida struktūras.

SF3

Tās ir raksturīgas vīrusu helikāzes, un tām ir unikāla translokācijas polaritāte 3′-5 ′. Viņiem ir tikai četri ļoti konservēti secību motīvi un tie veido gredzenveida struktūras vai gredzenus.

SF4

Pirmoreiz tie tika aprakstīti baktērijās un bakteriofāgos. Tās ir replicējošu vai replicējošu helikāžu grupa.

Viņiem ir unikāla translokācijas polaritāte 5′-3 ′, un tiem ir pieci ļoti konservēti secības motīvi. Šīs helikāzes raksturo veidojoši gredzeni.

SF5

Tie ir Rho faktora tipa proteīni. SF5 sugas helikāzes ir raksturīgas prokariotu organismiem un ir atkarīgas no heksameriskiem ATP. Tiek uzskatīts, ka tie ir cieši saistīti ar SF4; turklāt tām ir gredzenveida un ne-gredzenveida formas.

SF6

Tās ir olbaltumvielas, kas acīmredzami ir saistītas ar SF3 virsģimeni; tomēr SF6 satur ATPāzes olbaltumvielu domēnu, kas saistīts ar dažādām šūnu aktivitātēm (AAA olbaltumvielām), kuras nav SF3.

Uzbūve

Strukturāli visām helikāzēm ir izteikti konservēti secības motīvi primārās struktūras priekšējā daļā. Molekulas daļai ir noteikts aminoskābju izvietojums, kas ir atkarīgs no katras helikāzes īpašās funkcijas.

Strukturālāk izpētītās helikāzes ir SF1 sugas ģimenes. Ir zināms, ka šie proteīni sagrupējas 2 domēnos, kas ir ļoti līdzīgi daudzfunkcionālajiem RecA proteīniem, un šie domēni starp tiem veido ATP saistošu kabatu.

Neaudzētiem reģioniem var būt specifiski domēni, piemēram, DNS atpazīšanas tips, šūnu lokalizācijas domēns un olbaltumviela.

EIF4A-PDCD4 kompleksa kristāla struktūra. Helicase apakšvienības EIF4A1 dimērs, piesaistīts PDCD4 (ciānveidīgs). Uzņemts un rediģēts no: AyacopPlease flattr this, no Wikimedia Commons.

Iespējas

DNS helikāze

Šo olbaltumvielu funkcijas ir atkarīgas no dažādiem faktoriem, starp kuriem ir vides stress, šūnu līnija, ģenētiskais fons un šūnu cikla posmi.

Ir zināms, ka SF1 DNS helikāzes kalpo specifiskām lomām DNS atjaunošanā, replikācijā, pārnešanā un rekombinācijā.

Viņi atdala DNS dubultās spirāles šķipsnas un piedalās telomēru uzturēšanā, dubultās virknes pārtraukuma labošanā un ar nukleīnskābēm saistīto olbaltumvielu noņemšanā.

RNS helikāze

Kā iepriekš minēts, RNS helikāzes ir vitāli svarīgas lielākajā daļā RNS metabolisma procesu, un ir zināms, ka arī šie proteīni piedalās vīrusu RNS noteikšanā.

Turklāt tie darbojas pretvīrusu imūnreakcijā, jo atklāj svešas vai svešas RNS (mugurkaulniekiem).

Medicīniska nozīme

Helikāzes palīdz šūnām pārvarēt endogēno un eksogēno stresu, novēršot hromosomu nestabilitāti un saglabājot šūnu līdzsvaru.

Šīs sistēmas vai homeostātiskā līdzsvara mazspēja ir saistīta ar ģenētiskām mutācijām, kurās ir iesaistīti gēni, kas kodē helikāzes tipa olbaltumvielas; šī iemesla dēļ viņiem veic biomedicīnas un ģenētiskos pētījumus.

Zemāk mēs pieminēsim dažas slimības, kas saistītas ar mutācijām gēnos, kas kodē DNS kā helikāzes tipa olbaltumvielas:

Vernera sindroms

Tā ir ģenētiska slimība, ko izraisa mutācija gēnā ar nosaukumu WRN, kas kodē helikāzi. Mutējošā helikāze nedarbojas pareizi un izraisa vairākas slimības, kas kopā veido Vernera sindromu.

Galvenā īpašība tiem, kuri cieš no šīs patoloģijas, ir viņu priekšlaicīga novecošanās. Lai slimība varētu izpausties, mutanta gēns ir jāpārmanto no abiem vecākiem; tā sastopamība ir ļoti maza, un tā izārstēšanai nav ārstēšanas.

Ziedēšanas sindroms

Blūma sindroms ir ģenētiska slimība, ko izraisa autosomāla gēna, ko sauc par BLM, mutācija, kas kodē helikāzes olbaltumvielu. Tas notiek tikai tiem indivīdiem, kas ir homozigoti (recesīvi).

Šīs retās slimības galvenā iezīme ir paaugstināta jutība pret saules gaismu, kas izraisa eritromātisku izsitumu ādas bojājumus. Pagaidām nav izārstēt.

Rotmunda-Thomsona sindroms

To sauc arī par iedzimtu atrofisku poikilodermu. Tā ir ļoti retas ģenētiskas izcelsmes patoloģija: līdz šim pasaulē ir aprakstīti mazāk nekā 300 gadījumi.

To izraisa mutācija RECQ4 gēnā - autosomāli recesīvā gēnā, kas atrodas 8. hromosomā.

Pie šī sindroma simptomiem vai stāvokļiem pieder nepilngadīga katarakta, skeleta sistēmas patoloģijas, depigmentācija, kapilāru paplašināšanās un ādas atrofija (poikiloderma). Dažos gadījumos var rasties hipertireoze un testosterona ražošanas deficīts.

Atsauces

1. RM Brosh (2013). DNS helikāzes, kas iesaistītas DNS remontā, un to loma vēža gadījumā. Daba Atsauksmes par vēzi.
2. Helicase. Atgūts no dabas.com.
3. Helicase. Atgūts no vietnes en.wikipedia.org.
4. A. Juārezs, LP Islas, AM Rivera, SE Tellez, MA Duran (2011). Rotmunda-Tompsona sindroms (iedzimta atrofiska poikiloderma) grūtniecei. Ginekoloģijas un dzemdniecības klīnika un izpēte.
5. KD Raney, AK Byrd, S. Aarattuthodiyil (2013). SF1 DNS helicāžu uzbūve un mehānismi. Jaunumi eksperimentālajā medicīnā un bioloģijā.
6. Ziedēšanas sindroms. Atgūts no Medicina.ufm.edu.
7. M. Singletons, MS Dillingham, DB Wigley (2007). Helikāžu un nukleīnskābju translokāžu uzbūve un mehānisms. Gada pārskats par bioķīmiju.