Helicasa: características, estruturas e funções

A helicase refere-se a um grupo de enzimas de proteína-hidrolítica importantes para todo o tipo de organismos vivos; Eles também são chamados de proteínas motoras. Estes são transferidos pelo citoplasma celular, convertendo energia química em trabalho mecânico por hidrólise de ATP .

Sua função mais importante é romper as ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas dos ácidos nucléicos, permitindo sua replicação. É importante enfatizar que as helicases são praticamente onipresentes, uma vez que estão presentes em vírus, bactérias e organismos eucarióticos.

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Enzimas envolvidas na replicação de Escherichia coli. Tirada e editada por César Benito Jiménez [CC BY-SA 2.5 en (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/es/deed.en)], via Wikimedia Commons.

A primeira dessas proteínas ou enzimas foi descoberta em 1976 na bactéria Escherichia coli ; Dois anos depois, a primeira helicase foi descoberta em um organismo eucariótico, em plantas de lírio.

Atualmente, as proteínas helicase têm sido caracterizadas em todos os reinos naturais, incluindo vírus, o que implica que um vasto conhecimento sobre essas enzimas hidrolíticas, suas funções nos organismos e seu papel mecanicista foi gerado.

Caracteristicas

Helicases são macromoléculas biológicas ou naturais que aceleram reações químicas (enzimas). Eles são caracterizados principalmente pela separação de complexos químicos do trifosfato de adenosina (ATP) por meio de hidrólise.

Essas enzimas usam ATP para ligar e remodelar complexos de ácidos desoxirribonucléicos ( DNA ) e ácidos ribonucleicos ( RNA ).

Existem pelo menos 2 tipos de helicases: DNA e RNA.

Helicase DNA

Os DNAs helicoidais atuam na replicação do DNA e são caracterizados pela separação do DNA dos filamentos duplos em filamentos únicos.

RNA helicase

Essas enzimas atuam nos processos metabólicos do ácido ribonucleico (RNA) e na multiplicação, reprodução ou biogênese ribossômica.

A RNA helicase também é fundamental no processo de emenda prévia do RNA mensageiro (mRNA) e no início da síntese protéica, após a transcrição do DNA para o RNA no núcleo da célula.

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Taxonomia

Essas enzimas podem ser diferenciadas de acordo com sua homologia no sequenciamento de aminoácidos do domínio central de aminoácidos ATPase ou por razões de sequenciamento compartilhadas. De acordo com a classificação, estes são agrupados em 6 superfamílias (SF 1-6):

SF1

As enzimas desta superfamília têm uma polaridade de translocação 3′-5 ‘ou 5′-3’ e não formam estruturas em anel.

SF2

É conhecido como o maior grupo de helicases e é composto principalmente de RNAs de helicase. Eles têm uma polaridade de translocação geralmente de 3′-5 ‘, com muito poucas exceções.

Eles têm nove motivos (dos motivos ingleses , que se traduzem em “elementos recorrentes”) de sequências de aminoácidos altamente conservadas e, como o SF1, não formam estruturas em anel.

SF3

São características helicoidais dos vírus e possuem uma polaridade de translocação única de 3′-5 ‘. Eles têm apenas quatro motivos de seqüência altamente conservados e formam estruturas ou anéis de anéis.

SF4

Eles foram descritos pela primeira vez em bactérias e bacteriófagos. Eles são um grupo de helicases replicantes ou replicantes.

Eles possuem uma polaridade de translocação única de 5′-3 ‘e cinco motivos de seqüência altamente conservados. Essas helicases são caracterizadas porque formam anéis.

SF5

São proteínas do tipo fator Rho. As helicases da superfamília SF5 são características de organismos procarióticos e são hexaméricas dependentes de ATP. Pensa-se que estejam intimamente relacionados ao SF4; Eles também têm formas anulares e não anulares.

SF6

São proteínas aparentemente relacionadas à superfamília SF3; No entanto, o SF6 possui um domínio de proteína ATPase associado a várias atividades celulares (proteínas AAA) não presentes no SF3.

Estrutura

Estruturalmente, todas as helicases têm motivos de seqüência altamente conservados na porção anterior de sua estrutura primária. Uma porção da molécula tem um arranjo particular de aminoácidos que depende da função específica de cada helicase.

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As helicases mais estruturalmente estudadas são as da superfamília SF1. Sabe-se que essas proteínas são agrupadas em 2 domínios muito semelhantes às proteínas multifuncionais RecA, e esses domínios formam uma bolsa de ligação ao ATP entre elas.

As regiões não reservadas podem ter domínios específicos do tipo de reconhecimento de DNA, domínio de localização celular e proteína-proteína.

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Estrutura cristalina do complexo eIF4A-PDCD4. Dímero EIF4A1 da subunidade Helicasa, ligado ao PDCD4 (ciano). Retirado e editado de: AyacopPlease flattr this [Domínio público ou Domínio público], do Wikimedia Commons.

Funções

Helicase DNA

As funções dessas proteínas dependem de uma variedade importante de fatores, incluindo estresse ambiental, linhagem celular, histórico genético e estágios do ciclo celular.

Sabe-se que os DNAs da helicase do SF1 cumprem funções específicas no reparo, replicação, transferência e recombinação do DNA.

Separam as cadeias de uma dupla hélice do DNA e participam na manutenção dos telômeros, nos reparos devidos à ruptura da fita dupla e na eliminação de proteínas associadas aos ácidos nucléicos.

RNA helicase

Como mencionado anteriormente, os RNAs da helicase são vitais na grande maioria dos processos metabólicos do RNA, e também é sabido que essas proteínas participam da detecção do RNA viral.

Além disso, eles atuam na resposta imune antiviral, pois detectam RNAs estranhos ou estranhos ao organismo (em vertebrados).

Importância médica

As helicases ajudam as células a superar o estresse endógeno e exógeno, evitando a instabilidade cromossômica e mantendo o equilíbrio celular.

A falha desse sistema homeostático ou equilíbrio está relacionada a mutações genéticas que envolvem genes que codificam proteínas do tipo helicase; por esse motivo, estão sujeitos a estudos biomédicos e genéticos.

Abaixo, mencionaremos algumas das doenças relacionadas a mutações nos genes que codificam o DNA como proteínas do tipo helicase:

Síndrome de Werner

É uma doença genética causada por uma mutação de um gene chamado WRN, que codifica uma helicase. A helicase mutante não age corretamente e causa uma série de doenças que juntas formam a síndrome de Werner .

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A principal característica de quem sofre dessa patologia é o envelhecimento prematuro. Para que a doença se manifeste, o gene mutante deve ser herdado de ambos os pais; Sua incidência é muito baixa e não há tratamento para sua cura.

Síndrome de Bloom

A síndrome de Bloom é um produto mutação da doença genética de um gene chamado autossómica BLM que codifica uma proteína helicase. É apresentado apenas para indivíduos homozigotos para esse caráter (recessivo).

A principal característica dessa doença rara é a hipersensibilidade à luz solar, que causa lesões cutâneas eritromatosas na pele. Ainda não há cura.

Síndrome de Rothmund-Thomson

Também é conhecido como poiquilodermia atrófica congênita. É uma patologia de origem genética muito rara: até hoje existem menos de 300 casos descritos em todo o mundo.

É causada por uma mutação do gene RECQ4, um gene de manifestação autossômica e recessiva localizado no cromossomo 8.

Os sintomas ou condições dessa síndrome incluem catarata juvenil, anormalidades do sistema esquelético, despigmentação, dilatações capilares e atrofia da pele (poiquilodermia). Em alguns casos, podem ocorrer hipertireoidismo e deficiência na produção de testosterona.

Referências

  1. RM Brosh (2013). Helicases de DNA envolvidas no reparo do DNA e seus papéis no câncer. Nature Reviews Cancer.
  2. Helicase Recuperado de nature.com.
  3. Helicase Recuperado de en.wikipedia.org.
  4. A. Juarez, LP Islands, AM Rivera, SE Tellez, MA Duran (2011). Síndrome de Rothmund-Thompson (poiquilodermia atrófica congênita) em mulheres grávidas. Clínica e Pesquisa em Ginecologia e Obstetrícia.
  5. KD Raney, AK Byrd, S. Aarattuthodiyil (2013). Estrutura e Mecanismos das Helicases de DNA SF1. Avanços em Medicina Experimental e Biologia.
  6. Síndrome de Bloom Recuperado de medicine.ufm.edu.
  7. M. Singleton, MS Dillingham, DB Wigley (2007). Estrutura e mecanismo das helicases e translocases de ácidos nucléicos. Revisão Anual de Bioquímica.

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