HELICASA: CARATTERISTICHE, STRUTTURE E FUNZIONI - ANATOMIA E FISIOLOGIA - 2026

L' elicasi si riferisce a un gruppo di enzimi di tipo proteico-idrolitico molto importanti per tutti gli organismi viventi; sono anche chiamate proteine ​​motorie. Questi si muovono attraverso il citoplasma cellulare, convertendo l'energia chimica in lavoro meccanico attraverso 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 elicasi sono praticamente ubiquitarie, poiché sono presenti in virus, batteri e organismi eucarioti.

Enzimi coinvolti nella replicazione di Escherichia coli. Tratto e modificato da César Benito Jiménez, tramite Wikimedia Commons.

La prima di queste proteine ​​o enzimi è stata scoperta nel 1976 nel batterio Escherichia coli; due anni dopo la prima elicasi fu scoperta in un organismo eucariotico, nelle piante di giglio.

Al momento, le proteine ​​elicasi sono state caratterizzate in tutti i regni naturali, inclusi i virus, il che implica che è stata generata una vasta conoscenza su questi enzimi idrolitici, sulle loro funzioni negli organismi e sul loro ruolo meccanicistico.

caratteristiche

Le ellicasi sono macromolecole biologiche o naturali che accelerano le reazioni chimiche (enzimi). Sono principalmente caratterizzati dalla separazione dei complessi chimici dell'adenosina trifosfato (ATP) attraverso l'idrolisi.

Questi enzimi utilizzano l'ATP per legare e rimodellare i complessi degli acidi desossiribonucleici (DNA) e degli acidi ribonucleici (RNA).

Esistono almeno 2 tipi di elicasi: DNA e RNA.

DNA elicasi

Le DNA elicasi agiscono nella replicazione del DNA e sono caratterizzate dalla separazione del DNA a doppia elica in singoli filamenti.

RNA elicasi

Questi enzimi agiscono nei processi metabolici dell'acido ribonucleico (RNA) e nella moltiplicazione, riproduzione o biogenesi ribosomiale.

L'RNA elicasi è anche fondamentale nel processo di pre-splicing dell'RNA messaggero (mRNA) e nell'inizio della sintesi proteica, dopo la trascrizione del DNA in RNA nel nucleo cellulare.

Tassonomia

Questi enzimi possono essere differenziati in base alla loro omologia di sequenziamento degli amminoacidi con il dominio ATPasi dell'amminoacido core o in base a 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 ad anello.

SF2

È noto come il gruppo più ampio di elicasi ed è composto principalmente da elicasi RNA. Hanno una polarità di traslocazione generalmente 3′-5 ′ con pochissime eccezioni.

Hanno nove motivi (dai motivi inglesi, che si traducono in "elementi ricorrenti") di sequenze di amminoacidi altamente conservati e, come SF1, non formano strutture ad anello.

SF3

Sono elicasi caratteristiche dei virus e hanno una polarità di traslocazione 3'-5 'unica. Possiedono solo quattro motivi di sequenza altamente conservati e formano strutture ad anello o anelli.

SF4

Sono stati descritti per la prima volta in batteri e batteriofagi. Sono un gruppo di elicasi replicanti o replicative.

Hanno una polarità di traslocazione unica di 5′-3 ′ e hanno cinque motivi di sequenza altamente conservati. Queste elicotteri sono caratterizzate dalla formazione di anelli.

SF5

Sono proteine ​​del tipo fattore Rho. Le elicasi della superfamiglia SF5 sono caratteristiche degli organismi procarioti e sono dipendenti dall'ATP esamericano. Si pensa che siano strettamente correlati a SF4; inoltre hanno forme anulari e non anulari.

SF6

Sono proteine ​​apparentemente legate alla superfamiglia SF3; tuttavia, gli SF6 presentano un dominio di proteine ​​ATPasi associate a varie attività cellulari (proteine ​​AAA) non presenti in SF3.

Struttura

Strutturalmente, tutte le elicasi hanno motivi di sequenza altamente conservati nella parte anteriore della loro struttura primaria. Una parte della molecola ha una particolare disposizione degli amminoacidi che dipende dalla funzione specifica di ciascuna elicasi.

Le elicasi strutturalmente più studiate sono quelle della superfamiglia SF1. È noto che queste proteine ​​si raggruppano in 2 domini molto simili alle proteine ​​multifunzionali RecA e questi domini formano una tasca di legame dell'ATP tra di loro.

Le regioni non conservate possono avere domini specifici come il tipo di riconoscimento del DNA, il dominio di localizzazione cellulare e la proteina-proteina.

Struttura cristallina del complesso eIF4A-PDCD4. Dimero EIF4A1 della subunità Helicase, legato a PDCD4 (ciano). Tratto e modificato da: Ayacop Per favore flattr this, da Wikimedia Commons.

Caratteristiche

DNA elicasi

Le funzioni di queste proteine ​​dipendono da un'importante varietà di fattori, tra cui lo stress ambientale, il lignaggio cellulare, il background genetico e le fasi del ciclo cellulare.

Le elicasi del DNA SF1 sono note per svolgere ruoli specifici nella riparazione, replicazione, trasferimento e ricombinazione del DNA.

Separano i filamenti di una doppia elica del DNA e partecipano al mantenimento dei telomeri, alla riparazione della rottura del doppio filamento e alla rimozione delle proteine ​​associate agli acidi nucleici.

RNA elicasi

Come accennato in precedenza, le RNA elicasi sono vitali nella stragrande maggioranza dei processi metabolici dell'RNA e queste proteine ​​sono anche note per partecipare alla rilevazione dell'RNA virale.

Inoltre, agiscono nella risposta immunitaria antivirale, poiché rilevano RNA estraneo o estraneo (nei vertebrati).

Importanza medica

Le ellicasi aiutano le cellule a superare lo stress endogeno ed esogeno, prevenendo l'instabilità cromosomica e mantenendo l'equilibrio cellulare.

Il fallimento di questo sistema o equilibrio omeostatico è correlato a mutazioni genetiche che coinvolgono geni che codificano per proteine ​​di tipo elicasi; per questo motivo sono oggetto di studi biomedici e genetici.

Di seguito menzioneremo alcune delle malattie legate alle mutazioni nei geni che codificano il DNA come proteine ​​di tipo elicasi:

Sindrome di Werner

È una malattia genetica causata da una mutazione in un gene chiamato WRN, che codifica per un'elicasi. L'elicasi mutante non funziona correttamente e causa una serie di malattie che insieme compongono la sindrome di Werner.

La caratteristica principale di coloro che soffrono di questa patologia è il loro invecchiamento precoce. Affinché la malattia si manifesti, il gene mutante deve essere ereditato da entrambi i genitori; la sua incidenza è molto bassa e non esistono cure per la sua cura.

Sindrome di Bloom

La sindrome di Bloom è una malattia genetica derivante dalla mutazione di un gene autosomico chiamato BLM che codifica per una proteina elicasi. Si verifica solo per gli individui omozigoti per quel carattere (recessivo).

La caratteristica principale di questa rara malattia è l'ipersensibilità alla luce solare, che provoca lesioni cutanee dell'eruzione eritromatosa. Non esiste ancora una cura.

Sindrome di Rothmund-Thomson

È anche noto come poichiloderma atrofico congenito. È una patologia di origine genetica molto rara: ad oggi sono meno di 300 i casi descritti nel mondo.

È causato da una mutazione nel gene RECQ4, un gene autosomico recessivo che si trova sul cromosoma 8.

I sintomi o le condizioni di questa sindrome includono cataratta giovanile, anomalie del sistema scheletrico, depigmentazione, dilatazione dei capillari e atrofia della pelle (poichiloderma). In alcuni casi possono verificarsi ipertiroidismo e carenza nella produzione di testosterone.

Riferimenti

1. RM Brosh (2013). Elicasi del DNA coinvolte nella riparazione del DNA e loro ruoli nel cancro. Nature Reviews Cancer.
2. Elicasi. Recuperato da nature.com.
3. Elicasi. Estratto da en.wikipedia.org.
4. A. Juárez, LP Islas, AM Rivera, SE Tellez, MA Duran (2011). Sindrome di Rothmund-Thompson (poichiloderma atrofico congenito) in una donna incinta. Clinica e ricerca in ginecologia e ostetricia.
5. KD Raney, AK Byrd, S. Aarattuthodiyil (2013). Struttura e meccanismi delle elicasi di DNA SF1. Progressi in medicina e biologia sperimentali.
6. Sindrome di Bloom. Recupero da Medicina.ufm.edu.
7. M. Singleton, MS Dillingham, DB Wigley (2007). Struttura e meccanismo delle Elicasi e delle Translocasi degli Acidi Nucleici. Revisione annuale di biochimica.