Helicasa: ลักษณะโครงสร้างและหน้าที่

Helicase หมายถึงกลุ่มของเอนไซม์ประเภทโปรตีน - ไฮโดรไลติกที่สำคัญมากสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งหมด พวกเขาจะเรียกว่าโปรตีนยนต์ พวกมันเคลื่อนที่ผ่านไซโตพลาสซึมของเซลล์เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นงานเชิงกลโดยการไฮโดรไลซิสของ ATP

หน้าที่ที่สำคัญที่สุดคือการทำลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างฐานไนโตรเจนของกรดนิวคลีอิกดังนั้นจึงอนุญาตให้ทำการจำลองแบบได้ เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องเน้นว่าเฮลิคอสนั้นมีอยู่ทุกหนทุกแห่งเนื่องจากมีอยู่ในไวรัสแบคทีเรียและในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต

โปรตีนหรือเอนไซม์ตัวแรกถูกค้นพบในปี 1976 ในแบคทีเรีย Escherichia coli ; สองปีต่อมา helicase แรกถูกค้นพบในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตในพืชดอกลิลลี่

ในปัจจุบันโปรตีนเฮลิคอสมีลักษณะเฉพาะในอาณาจักรตามธรรมชาติทั้งหมดรวมถึงไวรัสซึ่งบ่งบอกว่ามีความรู้มากมายเกี่ยวกับเอนไซม์ไฮโดรไลติกเหล่านี้ได้ถูกสร้างขึ้นหน้าที่ของพวกมันในสิ่งมีชีวิตและบทบาทกลไก

คุณสมบัติ

Helicases เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีวภาพหรือทางธรรมชาติที่เร่งปฏิกิริยาเคมี (เอนไซม์) พวกเขามีลักษณะส่วนใหญ่โดยแยกสารเคมีคอมเพล็กซ์ของ adenosine triphosphate (ATP) โดยวิธีการย่อยสลาย

เอ็นไซม์เหล่านี้ใช้ ATP ในการผูกและสร้างสารประกอบเชิงซ้อนของกรด Deoxyribonucleic (DNA) และกรด ribonucleic (RNA)

มี Helicase อย่างน้อย 2 ชนิด: DNA และ RNA

DNA helicase

DNA helicases ทำหน้าที่เกี่ยวกับการจำลองแบบของ DNA และมีลักษณะโดยการแยก DNA จาก strands คู่ออกเป็น strands เดี่ยว

Helicase RNA

เอนไซม์เหล่านี้ทำหน้าที่ในกระบวนการเมแทบอลิซึมของกรด ribonucleic (RNA) และในการเพิ่มจำนวนการทำซ้ำหรือการสังเคราะห์ไบโอโซมอล

RNA helicase ยังเป็นกุญแจสำคัญในกระบวนการ pre-splicing messenger RNA (mRNA) และการเริ่มต้นของการสังเคราะห์โปรตีนหลังจากการถอดรหัส DNA ไปยัง RNA ในนิวเคลียสของเซลล์

อนุกรมวิธาน

เอนไซม์เหล่านี้สามารถสร้างความแตกต่างตาม homology ของพวกเขาในลำดับกรดอะมิโนของโดเมนกรดอะมิโนกลาง ATPase หรือเหตุผลที่ใช้ร่วมกันลำดับ ตามการจัดประเภทเหล่านี้จะถูกจัดกลุ่มเป็น 6 superfamilies (SF 1-6):

SF1

เอนไซม์ของ superfamily นี้มีขั้วของการย้าย 3'-5 'หรือ 5'-3' และไม่ได้สร้างโครงสร้างวงแหวน

SF2

เป็นที่รู้จักกันในชื่อกลุ่มที่ใหญ่ที่สุดของ helicases และประกอบด้วยส่วนใหญ่ของ RNA helicases พวกเขามีขั้วการโยกย้ายโดยทั่วไป 3'-5 'มีข้อยกเว้นน้อยมาก

มีเก้าลวดลาย (ของ ลวดลาย ภาษาอังกฤษซึ่งแปลว่า "องค์ประกอบที่เกิดซ้ำ") ของลำดับกรดอะมิโนที่สงวนไว้สูงและเช่น SF1 ไม่ได้สร้างโครงสร้างวงแหวน

SF3

พวกมันมีลักษณะคล้าย helicases และมีขั้วการเคลื่อนย้ายเฉพาะที่ 3'-5 ' พวกเขามีลวดลายลำดับที่อนุรักษ์ไว้เพียงสี่ประการเท่านั้นและสร้างโครงสร้างของวงแหวนหรือวงแหวน

SF4

พวกเขาถูกอธิบายเป็นครั้งแรกในแบคทีเรียและแบคทีเรีย พวกเขาเป็นกลุ่มของการจำลองหรือจำลอง helicases

พวกมันมีขั้วการเคลื่อนย้ายที่เป็นเอกลักษณ์ของ 5'-3 'และมีลำดับการอนุรักษ์สูงห้าประการ helicases เหล่านี้มีลักษณะเพราะพวกเขาก่อแหวน

SF5

พวกเขาเป็นโปรตีนประเภท Rho factor helicases ของ SF5 superfamily เป็นลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่เป็น prokaryotic และเป็น hexameric ที่ต้องอาศัย ATP มันคิดว่าพวกเขามีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับ SF4; นอกจากนี้ยังมีรูปวงแหวนและไม่ใช่รูปวงแหวน

SF6

เห็นได้ชัดว่าเป็นโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับ SF3 superfamily อย่างไรก็ตาม SF6 แสดงโดเมนของโปรตีน ATPase ที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมของเซลล์ต่าง ๆ (โปรตีน AAA) ที่ไม่ได้อยู่ใน SF3

โครงสร้าง

โครงสร้าง helicase ทั้งหมดมีลำดับขั้นสูงอนุรักษ์ในส่วนหน้าของโครงสร้างหลักของพวกเขา ส่วนหนึ่งของโมเลกุลมีการจัดเรียงของกรดอะมิโนโดยเฉพาะซึ่งขึ้นอยู่กับฟังก์ชั่นเฉพาะของแต่ละเฮลิเคส

helicases ที่ศึกษามากที่สุดคือโครงสร้างของ SF1 superfamily เป็นที่ทราบกันว่าโปรตีนเหล่านี้มีการจัดกลุ่มใน 2 โดเมนคล้ายกับโปรตีนมัลติฟังก์ชั่นของ RecA และโดเมนเหล่านี้จะสร้าง ATP pocket pocket ไว้ระหว่างกัน

ภูมิภาคที่ไม่ได้รับการอนุรักษ์อาจมีโดเมนเฉพาะของประเภทการรับรู้ดีเอ็นเอโดเมนการแปลเซลล์และโดเมนโปรตีนโปรตีน

ฟังก์ชั่น

DNA helicase

ฟังก์ชั่นของโปรตีนเหล่านี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการที่สำคัญ ได้แก่ ความเครียดจากสภาพแวดล้อมเชื้อสายของเซลล์ภูมิหลังทางพันธุกรรมและระยะวัฏจักรของเซลล์โดดเด่น

เป็นที่ทราบกันว่า DNA helicases ของ SF1 ช่วยเติมเต็มหน้าที่เฉพาะในการซ่อมแซมการจำลองการถ่ายโอนและการรวมตัวกันของ DNA

พวกเขาแยกสายโซ่ของเกลียวคู่ของ DNA และมีส่วนร่วมในการบำรุงรักษาtelómerosในการซ่อมแซมโดยการแตกของเกลียวคู่และในการกำจัดโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับกรดนิวคลีอิก

Helicase RNA

ดังกล่าวก่อนหน้า RNA helicases มีความสำคัญในกระบวนการเมแทบอลิกส่วนใหญ่ของ RNA และเป็นที่ทราบกันว่าโปรตีนเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการตรวจหา RNA ของไวรัส

นอกจากนี้พวกมันยังทำหน้าที่ตอบสนองภูมิคุ้มกันของไวรัสเนื่องจากตรวจพบ RNA ภายนอกหรือสิ่งแปลกปลอมต่อสิ่งมีชีวิต (ในสัตว์มีกระดูกสันหลัง)

ความสำคัญทางการแพทย์

Helicases ช่วยให้เซลล์เอาชนะความเครียดภายนอกและความเครียดภายนอกหลีกเลี่ยงความไม่แน่นอนของโครโมโซมและรักษาสมดุลของเซลล์

ความล้มเหลวของระบบนี้หรือสภาวะสมดุลที่เกี่ยวข้องกับการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับยีนที่เข้ารหัสโปรตีนประเภท helicase; ด้วยเหตุนี้พวกเขาจึงเป็นเรื่องของการศึกษาทางชีวการแพทย์และพันธุกรรม

ต่อไปเราจะพูดถึงโรคบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับการกลายพันธุ์ในยีนที่เข้ารหัส DNA ว่าเป็นโปรตีนที่มีลักษณะคล้าย helicase:

โรคเวอร์เนอร์

มันเป็นโรคทางพันธุกรรมที่เกิดจากการกลายพันธุ์ของยีนที่เรียกว่า WRN ซึ่งเข้ารหัส helicase Helicase ที่กลายพันธุ์ไม่ทำงานอย่างถูกต้องและทำให้เกิดชุดของโรคที่รวมกันเป็นกลุ่มอาการของเวอร์เนอร์

ลักษณะสำคัญของผู้ที่ทุกข์ทรมานจากพยาธิสภาพนี้คือริ้วรอยก่อนวัยของพวกเขา สำหรับโรคที่จะประจักษ์ยีนกลายพันธุ์จะต้องได้รับมรดกจากทั้งพ่อและแม่; มีอุบัติการณ์ต่ำมากและไม่มีวิธีการรักษาให้หายขาด

บลูมซินโดรม

Bloom ซินโดรมเป็นโรคทางพันธุกรรมที่เกิดจากการกลายพันธุ์ของยีน autosomal ที่เรียกว่า BLM ที่เข้ารหัสโปรตีน helicase มันจะเกิดขึ้นสำหรับบุคคลที่ homozygous สำหรับตัวละครนั้น (ถอย)

ลักษณะสำคัญของโรคที่หายากนี้คือความไวต่อแสงแดดซึ่งเป็นสาเหตุของโรคผิวหนังผื่นประเภท erythromatosus ยังไม่มีวิธีรักษา

กลุ่มอาการ Rothmund-Thomson

เป็นที่รู้จักกันว่า poikiloderma atrophic พิการ แต่กำเนิด มันเป็นพยาธิสภาพของแหล่งกำเนิดทางพันธุกรรมที่หายากมาก: จนถึงปัจจุบันมีน้อยกว่า 300 รายที่อธิบายไว้ทั่วโลก

มันเกิดจากการกลายพันธุ์ของยีน RECQ4 ซึ่งเป็นยีน autosomal ที่มีอาการถอยที่อยู่บนโครโมโซม 8

อาการหรือเงื่อนไขของโรคนี้รวมถึงต้อกระจกเด็กและเยาวชน, ​​ความผิดปกติในระบบโครงกระดูก, การเนรเทศ, การขยายเส้นเลือดฝอยและฝ่อผิวหนัง (poikiloderma) ในบางกรณี hyperthyroidism และความบกพร่องในการผลิตฮอร์โมนเพศชายอาจเกิดขึ้น