Helicasa: caratteristiche, strutture e funzioni
L' elicasi si riferisce a un gruppo di enzimi di tipo proteolitico-idrolitico molto importante per tutti gli organismi viventi; sono anche chiamati proteine motorie. Si muovono attraverso il citoplasma cellulare, convertendo l'energia chimica in lavoro meccanico mediante l'idrolisi dell'ATP.
La sua funzione più importante è quella di rompere i legami idrogeno tra le basi azotate degli acidi nucleici, permettendo così la loro replicazione. È importante sottolineare che le helicase sono praticamente ubiquitarie, poiché sono presenti in virus, batteri e organismi eucarioti.
La prima di queste proteine o enzimi fu scoperta nel 1976 nel batterio Escherichia coli ; Due anni dopo, il primo elicasi fu scoperto in un organismo eucariotico, in piante di giglio.
Attualmente, le proteine helicase sono state caratterizzate in tutti i regni naturali compresi i virus, il che implica che è stata generata una vasta conoscenza di questi enzimi idrolitici, delle loro funzioni negli organismi e del loro ruolo meccanicistico.
lineamenti
Le eliche sono macromolecole biologiche o naturali che accelerano le reazioni chimiche (enzimi). Sono caratterizzati principalmente dalla separazione dei complessi chimici di adenosina trifosfato (ATP) mediante idrolisi.
Questi enzimi utilizzano ATP per legare e rimodellare complessi di acidi desossiribonucleici (DNA) e acidi ribonucleici (RNA).
Esistono almeno 2 tipi di elicotteri: DNA e RNA.
DNA helicase
Le eliche del DNA agiscono sulla replicazione del DNA e sono caratterizzate dalla separazione del DNA da doppi fili in singoli filamenti.
Helicase RNA
Questi enzimi agiscono nei processi metabolici dell'acido ribonucleico (RNA) e nella moltiplicazione, riproduzione o biogenesi ribosomiale.
L'elicasi di RNA è anche la chiave nel processo di pre-splicing dell'RNA messaggero (mRNA) e l'inizio della sintesi proteica, dopo la trascrizione del DNA nell'RNA nel nucleo della cellula.
tassonomia
Questi enzimi possono essere differenziati in base alla loro omologia nel sequenziamento degli amminoacidi del dominio centrale dell'amminoacido ATPasi, o per motivi di sequenziamento condivisi. Secondo la classificazione, questi sono raggruppati in 6 superfamiglie (SF 1-6):
SF1
Gli enzimi di questa superfamiglia hanno una polarità di traslocazione 3'-5 'o 5'-3' e non formano strutture anulari.
SF2
È noto come il più grande gruppo di elicidi ed è composto principalmente da elicidi RNA. Hanno una polarità di traslocazione generalmente di 3'-5 'con pochissime eccezioni.
Hanno nove motivi (di motivi inglesi, che si traducono come "elementi ricorrenti") di sequenze amminoacidiche altamente conservate e, come l'SF1, non formano strutture anulari.
SF3
Sono elicotteri simili a virus e hanno una polarità di traslocazione unica di 3'-5 '. Possiedono solo quattro motivi di sequenza altamente conservati e formano strutture o anelli ad anello.
SF4
Sono stati descritti per la prima volta in batteri e batteriofagi. Sono un gruppo di elicotteri replicanti o replicanti.
Hanno una polarità di traslocazione unica di 5'-3 'e hanno cinque motivi di sequenza altamente conservati. Questi elicotteri sono caratterizzati perché formano anelli.
SF5
Sono proteine del tipo di fattore Rho. Le eliche della superfamiglia di SF5 sono caratteristiche di organismi procarioti e sono esamericamente dipendenti dall'ATP. Si ritiene che siano strettamente correlati a SF4; inoltre, presentano forme anulari e non anulari.
SF6
Sono proteine apparentemente correlate alla superfamiglia di SF3; tuttavia, l'SF6 presenta un dominio di proteine ATPasi associate a varie attività cellulari (proteine AAA) non presenti in SF3.
struttura
Strutturalmente, tutte le eliche hanno motivi di sequenza altamente conservati nella porzione anteriore della loro struttura primaria. Una parte della molecola ha una particolare disposizione di amminoacidi che dipende dalla funzione specifica di ciascuna elicasi.
Le helicase più studiate strutturalmente sono quelle della superfamiglia SF1. È noto che queste proteine sono raggruppate in 2 domini molto simili alle proteine multifunzionali RecA e questi domini formano una tasca di legame ATP tra di loro.
Le regioni non conservate possono avere domini specifici del tipo di riconoscimento del DNA, dominio di localizzazione cellulare e dominio proteina-proteina.
funzioni
DNA helicase
Le funzioni di queste proteine dipendono da un'importante varietà di fattori, tra cui spiccano lo stress ambientale, il lignaggio delle cellule, il background genetico e le fasi del ciclo cellulare.
È noto che le eliche di DNA di SF1 soddisfano funzioni specifiche nella riparazione, replicazione, trasferimento e ricombinazione del DNA.
Separano le catene di una doppia elica del DNA e partecipano al mantenimento dei telómeros, nelle riparazioni mediante rottura del doppio filo e nell'eliminazione delle proteine associate agli acidi nucleici.
Helicase RNA
Come accennato in precedenza, le helicases dell'RNA sono vitali nella stragrande maggioranza dei processi metabolici dell'RNA, ed è anche noto che queste proteine sono coinvolte nella rilevazione dell'RNA virale.
Inoltre, agiscono sulla risposta immunitaria antivirale, poiché rilevano l'RNA estraneo o estraneo all'organismo (nei vertebrati).
Importanza medica
Le eliche aiutano le cellule a superare lo stress endogeno ed esogeno, evitando l'instabilità cromosomica e mantenendo l'equilibrio cellulare.
Il fallimento di questo sistema o dell'equilibrio omeostatico è correlato a mutazioni genetiche che coinvolgono geni che codificano per proteine del tipo elicasi; per questo motivo sono oggetto di studi biomedici e genetici.
Successivamente, menzioneremo alcune delle malattie correlate alle mutazioni nei geni che codificano il DNA come proteine tipo elicasi:
Sindrome di Werner
È una malattia genetica causata da una mutazione di un gene chiamato WRN, che codifica per un helicase. L'elicasi mutante non agisce correttamente e causa una serie di malattie che insieme costituiscono la sindrome di Werner.
La caratteristica principale di coloro che soffrono di questa patologia è il loro invecchiamento precoce. Perché la malattia si manifesti, il gene mutante deve essere ereditato da entrambi i genitori; La sua incidenza è molto bassa e non vi è alcun trattamento per la sua cura.
Sindrome di Bloom
La sindrome di Bloom è una malattia genetica causata dalla mutazione di un gene autosomico chiamato BLM che codifica per una proteina helicase. Si verifica solo per individui omozigoti per quel personaggio (recessivo).
La principale caratteristica di questa malattia rara è l'ipersensibilità alla luce solare, che causa lesioni cutanee di tipo eritematoso. Non esiste ancora una cura.
Sindrome di Rothmund-Thomson
E 'noto anche come poikiloderma atrofico congenito. È una patologia di origine genetica molto rara: ad oggi ci sono meno di 300 casi descritti in tutto il mondo.
È causato da una mutazione del gene RECQ4, un gene autosomico con una manifestazione recessiva che si trova sul cromosoma 8.
I sintomi o le condizioni di questa sindrome includono cataratta giovanile, anomalie nel sistema scheletrico, depigmentazione, dilatazione dei capillari e atrofia cutanea (poikiloderma). In alcuni casi può verificarsi ipertiroidismo e carenza di produzione di testosterone.
