Helicasa: características, estruturas e funções

A helicase refere-se a um grupo de enzimas do tipo proteico-hidrolítico muito importante para todos os organismos vivos; eles também são chamados de proteínas motoras. Eles se movem através do citoplasma da célula, convertendo energia química em trabalho mecânico por hidrólise do ATP.

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

A primeira destas 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 lírios.

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

Funcionalidades

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

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

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

Helicase do DNA

As helicases de DNA agem na replicação do DNA e são caracterizadas por separar o DNA de cadeias duplas em cadeias simples.

RNA de Helicase

Estas 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 pré-processamento do RNA mensageiro (mRNA) e o início da síntese de proteínas, após a transcrição do DNA para RNA no núcleo da célula.

Taxonomia

Estas enzimas podem ser diferenciadas de acordo com a sua homologia na sequenciação de aminoácidos do domínio central de aminoácidos ATPase, ou por razões de sequenciação partilhadas. 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 anulares.

SF2

É conhecido como o maior grupo de helicases e é composto principalmente de RNA helicases. Eles têm uma polaridade de translocação geralmente de 3'-5 'com pouquíssimas exceções.

Eles têm nove motivos (de motivos ingleses, que se traduzem como "elementos recorrentes") de sequências de aminoácidos altamente conservadas e, como o SF1, não formam estruturas anulares.

SF3

São helicases semelhantes a vírus e têm uma polaridade de translocação única de 3'-5 '. Eles possuem apenas quatro motivos de seqüência altamente conservados e formam estruturas de anéis ou anéis.

SF4

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

Eles têm uma polaridade de translocação única de 5'-3 'e possuem cinco motivos de sequência altamente conservados. Essas helicases são caracterizadas porque formam anéis.

SF5

Eles são proteínas do tipo de fator Rho. As helicases da superfamília do SF5 são características de organismos procarióticos e são dependentes do hexamérico do ATP. Acredita-se que eles estejam intimamente relacionados ao SF4; além disso, eles apresentam formas anulares e não anulares.

SF6

São proteínas aparentemente relacionadas à superfamília SF3; no entanto, o SF6 apresenta um domínio de proteínas ATPase associadas 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 parte da molécula possui um arranjo específico de aminoácidos que depende da função específica de cada helicase.

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

As regis n conservadas podem ter domios especicos do tipo de reconhecimento de ADN, domio de localizao celular e domio protea-protea.

Funções

Helicase do DNA

As funções dessas proteínas dependem de uma importante variedade de fatores, dentre os quais destacam-se o estresse ambiental, a linhagem de células, o background genético e os estágios do ciclo celular.

Sabe-se que as helicases de DNA de SF1 cumprem funções específicas no reparo, replicação, transferência e recombinação de DNA.

Eles separam cadeias de uma dupla hélice do DNA e participam na manutenção dos telómeros, em reparos por quebra do fio duplo e na eliminação de proteínas associadas aos ácidos nucléicos.

RNA de Helicase

Como mencionado anteriormente, RNA helicases são vitais na grande maioria dos processos metabólicos do RNA, e também é sabido que estas proteínas estão envolvidas na detecção do RNA viral.

Além disso, atuam na resposta imune antiviral, uma vez que detectam RNA externo ou estranho ao organismo (nos vertebrados).

Importância médica

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

O fracasso deste sistema ou equilíbrio homeostático está relacionado a mutações genéticas envolvendo genes que codificam proteínas do tipo helicase; Por esse motivo, são objeto de estudos biomédicos e genéticos.

Em seguida, mencionaremos algumas das doenças relacionadas a mutações em genes que codificam DNA como proteínas semelhantes a 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 atua corretamente e causa uma série de doenças que, juntas, formam a síndrome de Werner.

A principal característica daqueles que sofrem desta 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 uma doença genética causada pela mutação de um gene autossômico chamado BLM que codifica uma proteína helicase. Ocorre apenas para indivíduos homozigotos para esse caráter (recessivo).

A principal característica desta doença rara é a hipersensibilidade à luz solar, que causa lesões cutâneas do tipo erupção eritrocitária. Não há cura ainda.

Síndrome de Rothmund-Thomson

É também conhecida como poiquilodermia atrófica congênita. É uma patologia de origem genética muito rara: até hoje, há menos de 300 casos descritos em todo o mundo.

É causada por uma mutação do gene RECQ4, um gene autossômico com uma manifestação recessiva localizada no cromossomo 8.

Os sintomas ou condições desta síndrome incluem cataratas juvenis, anomalias no sistema esquelético, despigmentação, dilatação capilar e atrofia da pele (poiquilodermia). Em alguns casos, pode ocorrer hipertireoidismo e deficiência na produção de testosterona.