Helicasa: karakteristik, struktur dan fungsi

Helicase mengacu pada sekelompok enzim dari tipe proteik-hidrolitik yang sangat penting untuk semua organisme hidup; mereka juga disebut protein motorik. Mereka bergerak melalui sitoplasma sel, mengubah energi kimia menjadi kerja mekanis dengan hidrolisis ATP.

Fungsi yang paling penting adalah untuk memutuskan ikatan hidrogen antara basa nitrogen asam nukleat, sehingga memungkinkan replikasi mereka. Penting untuk ditekankan bahwa helikase praktis ada di mana-mana, karena mereka hadir dalam virus, bakteri, dan organisme eukariotik.

Protein atau enzim pertama ditemukan pada tahun 1976 di bakteri Escherichia coli ; Dua tahun kemudian, helicase pertama ditemukan pada organisme eukariotik, pada tanaman lily.

Saat ini, protein helicase telah dicirikan di semua kerajaan alami termasuk virus, yang menyiratkan bahwa pengetahuan yang luas tentang enzim hidrolitik ini telah dihasilkan, fungsinya dalam organisme dan peran mekanistiknya.

Fitur

Helicases adalah makromolekul biologis atau alami yang mempercepat reaksi kimia (enzim). Mereka dicirikan terutama dengan memisahkan kompleks kimia adenosin trifosfat (ATP) dengan cara hidrolisis.

Enzim ini menggunakan ATP untuk mengikat dan merombak kompleks asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA).

Setidaknya ada 2 jenis helikopter: DNA dan RNA.

DNA helicase

Helikase DNA bekerja pada replikasi DNA dan ditandai dengan memisahkan DNA dari untaian ganda menjadi untaian tunggal.

Helicase RNA

Enzim-enzim ini bertindak dalam proses metabolisme asam ribonukleat (RNA) dan dalam multiplikasi, reproduksi, atau biogenesis ribosom.

RNA helicase juga merupakan kunci dalam proses pre-splicing messenger RNA (mRNA) dan inisiasi sintesis protein, setelah transkripsi DNA ke RNA dalam inti sel.

Taksonomi

Enzim ini dapat dibedakan menurut homologinya dalam sekuensing asam amino dari domain asam amino pusat ATPase, atau untuk alasan sekuensing bersama. Menurut klasifikasi, ini dikelompokkan ke dalam 6 superfamilies (SF 1-6):

SF1

Enzim superfamili ini memiliki polaritas translokasi 3'-5 'atau 5'-3' dan tidak membentuk struktur annular.

SF2

Ia dikenal sebagai kelompok helikase terbesar dan sebagian besar terdiri dari heli RNA. Mereka memiliki polaritas translokasi umumnya 3'-5 'dengan sangat sedikit pengecualian.

Mereka memiliki sembilan motif (motif Inggris, yang diterjemahkan sebagai "elemen berulang") dari sekuens asam amino yang sangat terkonservasi dan, seperti SF1, tidak membentuk struktur berbentuk lingkaran.

SF3

Mereka adalah helikopter yang menyerupai virus dan memiliki polaritas translokasi unik 3'-5 '. Mereka hanya memiliki empat motif urutan yang sangat kekal dan membentuk struktur cincin atau cincin.

SF4

Mereka dideskripsikan untuk pertama kalinya pada bakteri dan bakteriofag. Mereka adalah kelompok yang mereplikasi atau meniru helikopter.

Mereka memiliki polaritas translokasi 5'-3 'yang unik, dan memiliki lima motif urutan yang sangat kekal. Helikopter ini dicirikan karena mereka membentuk cincin.

SF5

Mereka adalah protein dari tipe faktor Rho. Heliks superfamili SF5 adalah karakteristik organisme prokariotik dan bergantung pada heksamerik ATP. Diperkirakan bahwa mereka terkait erat dengan SF4; selain itu, mereka menyajikan bentuk annular dan bukan annular.

SF6

Mereka adalah protein yang tampaknya terkait dengan superfamily SF3; Namun, SF6 menyajikan domain protein ATPase yang terkait dengan berbagai aktivitas seluler (protein AAA) yang tidak ada di SF3.

Struktur

Secara struktural, semua helikopter memiliki motif sekuens yang sangat terkonservasi di bagian depan struktur utama mereka. Sebagian molekul memiliki susunan asam amino tertentu yang tergantung pada fungsi spesifik setiap helikase.

Helicases yang paling banyak dipelajari secara struktural adalah helikopter superfamily SF1. Diketahui bahwa protein-protein ini dikelompokkan dalam 2 domain yang sangat mirip dengan protein multifungsi RecA, dan domain-domain ini membentuk kantung pengikat ATP di antara mereka.

Daerah yang tidak dikonservasi mungkin memiliki domain spesifik dari jenis pengenalan DNA, domain lokalisasi sel dan domain protein-protein.

Fungsi

DNA helicase

Fungsi protein ini tergantung pada berbagai faktor penting, di antaranya tekanan lingkungan, garis keturunan sel, latar belakang genetik, dan tahapan siklus sel menonjol.

Diketahui bahwa helikase DNA SF1 memenuhi fungsi spesifik dalam perbaikan, replikasi, transfer, dan rekombinasi DNA.

Mereka memisahkan rantai heliks ganda DNA dan berpartisipasi dalam pemeliharaan telómeros, dalam perbaikan dengan pemecahan benang ganda dan dalam penghapusan protein yang terkait dengan asam nukleat.

Helicase RNA

Seperti yang disebutkan sebelumnya, RNA helicases sangat penting dalam sebagian besar proses metabolisme RNA, dan juga diketahui bahwa protein ini terlibat dalam pendeteksian RNA virus.

Selain itu, mereka bertindak pada tanggapan kekebalan antivirus, karena mereka mendeteksi RNA asing atau asing bagi organisme (pada vertebrata).

Pentingnya medis

Helicases membantu sel mengatasi stres endogen dan eksogen, menghindari ketidakstabilan kromosom dan menjaga keseimbangan sel.

Kegagalan sistem ini atau keseimbangan homeostatik terkait dengan mutasi genetik yang melibatkan gen yang mengkode protein dari jenis helicase; untuk alasan ini mereka adalah subjek studi biomedis dan genetik.

Berikutnya, kami akan menyebutkan beberapa penyakit yang terkait dengan mutasi pada gen yang mengkode DNA sebagai protein seperti helicase:

Sindrom Werner

Ini adalah penyakit genetik yang disebabkan oleh mutasi gen yang disebut WRN, yang mengkode helicase. Helicase mutan tidak bertindak dengan benar dan menyebabkan serangkaian penyakit yang bersama-sama membentuk sindrom Werner.

Karakteristik utama dari mereka yang menderita patologi ini adalah penuaan dini mereka. Agar penyakit terwujud, gen mutan harus diwarisi dari kedua orang tua; Insidensinya sangat rendah dan tidak ada pengobatan untuk penyembuhannya.

Sindrom Bloom

Sindrom Bloom adalah penyakit genetik yang disebabkan oleh mutasi gen autosomal yang disebut BLM yang mengkode protein helicase. Ini hanya terjadi pada individu yang homozigot untuk karakter itu (resesif).

Karakteristik utama dari penyakit langka ini adalah hipersensitivitas terhadap sinar matahari, yang menyebabkan lesi kulit tipe ruam erythromatosus. Belum ada obatnya.

Sindrom Rothmund-Thomson

Ia juga dikenal sebagai poikiloderma atrofi bawaan sejak lahir. Ini adalah patologi asal genetik yang sangat langka: sampai saat ini ada kurang dari 300 kasus yang dijelaskan di seluruh dunia.

Ini disebabkan oleh mutasi gen RECQ4, gen autosom dengan manifestasi resesif yang terletak pada kromosom 8.

Gejala atau kondisi sindrom ini termasuk katarak remaja, anomali dalam sistem kerangka, depigmentasi, dilatasi kapiler, dan atrofi kulit (poikiloderma). Dalam beberapa kasus, hipertiroidisme dan defisiensi dalam produksi testosteron dapat terjadi.