ลักษณะของ HELICASA โครงสร้างและหน้าที่ - กายวิภาคศาสตร์และสรีรวิทยา - 2026

helicaseหมายถึงกลุ่มของเอนไซม์ชนิดย่อยสลายโปรตีนที่มีความสำคัญมากสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งปวง เรียกอีกอย่างว่าโปรตีนมอเตอร์ สิ่งเหล่านี้เคลื่อนที่ผ่านไซโตพลาสซึมของเซลล์เปลี่ยนพลังงานเคมีไปเป็นงานเชิงกลโดยผ่านการไฮโดรไลซิส ATP

หน้าที่ที่สำคัญที่สุดคือการทำลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างฐานไนโตรเจนของกรดนิวคลีอิกซึ่งจะทำให้สามารถจำลองได้ สิ่งสำคัญคือต้องเน้นว่าเฮลิเคสนั้นแพร่หลายในทางปฏิบัติเนื่องจากมีอยู่ในไวรัสแบคทีเรียและสิ่งมีชีวิตที่มียูคาริโอต

เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการจำลองแบบของ Escherichia coli ถ่ายและแก้ไขจากCésar Benito Jiménezผ่าน Wikimedia Commons

โปรตีนหรือเอนไซม์ชนิดแรกเหล่านี้ถูกค้นพบในปี 1976 ในแบคทีเรีย Escherichia coli สองปีต่อมาพบเฮลิเคสตัวแรกในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตในพืชลิลลี่

ในปัจจุบันโปรตีนเฮลิเคสมีลักษณะเฉพาะในอาณาจักรธรรมชาติทั้งหมดรวมถึงไวรัสซึ่งหมายความว่ามีการสร้างความรู้มากมายเกี่ยวกับเอนไซม์ไฮโดรไลติกเหล่านี้หน้าที่ในสิ่งมีชีวิตและบทบาททางกลไก

ลักษณะเฉพาะ

Hellicases เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีวภาพหรือตามธรรมชาติที่เร่งปฏิกิริยาเคมี (เอนไซม์) พวกเขามีลักษณะส่วนใหญ่โดยการแยกสารประกอบเชิงซ้อนของอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) ผ่านการย่อย

เอนไซม์เหล่านี้ใช้ ATP เพื่อจับและสร้างโครงสร้างเชิงซ้อนของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) และกรดไรโบนิวคลีอิก (RNA)

เฮลิเคสมีอย่างน้อย 2 ประเภทคือ DNA และ RNA

ดีเอ็นเอเฮลิเคส

DNA helicases ทำหน้าที่ในการจำลองแบบ DNA และมีลักษณะโดยการแยก DNA ที่มีเกลียวคู่ออกเป็นสายเดี่ยว

อาร์เอ็นเอเฮลิเคส

เอนไซม์เหล่านี้ทำหน้าที่ในกระบวนการเมตาบอลิซึมของกรดไรโบนิวคลีอิก (RNA) และในการเพิ่มจำนวนการสืบพันธุ์หรือการสร้างทางชีวภาพของไรโบโซม

RNA helicase ยังเป็นกุญแจสำคัญในกระบวนการ pre-splicing ของ messenger RNA (mRNA) และการเริ่มต้นของการสังเคราะห์โปรตีนหลังจากการถอด DNA เป็น RNA ในนิวเคลียสของเซลล์

อนุกรมวิธาน

เอนไซม์เหล่านี้สามารถแยกความแตกต่างได้ตามลำดับความคล้ายคลึงกันของกรดอะมิโนของพวกมันกับโดเมน ATPase ของกรดอะมิโนหลักหรือตามรูปแบบการเรียงลำดับร่วมกัน จากการจำแนกประเภทเหล่านี้แบ่งออกเป็น 6 ครอบครัว (SF 1-6):

SF1

เอนไซม์ของ Superfamily นี้มีขั้วการโยกย้าย 3′-5 ′หรือ 5′-3′ และไม่สร้างโครงสร้างวงแหวน

SF2

เรียกได้ว่าเป็นกลุ่มเฮลิเคสที่กว้างที่สุดและส่วนใหญ่ประกอบด้วย RNA helicases พวกมันมีขั้วการโยกย้ายโดยทั่วไป 3′-5 ′โดยมีข้อยกเว้นน้อยมาก

พวกเขามีลวดลายเก้าแบบ (จากลวดลายภาษาอังกฤษซึ่งแปลว่า "องค์ประกอบที่เกิดซ้ำ") ของลำดับกรดอะมิโนที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้สูงและเช่นเดียวกับ SF1 ไม่ได้สร้างโครงสร้างวงแหวน

SF3

พวกมันเป็นลักษณะเฮลิเคสของไวรัสและมีขั้วการโยกย้ายที่เป็นเอกลักษณ์ของ 3'-5 ' มีเพียงสี่รูปแบบลำดับที่ได้รับการอนุรักษ์อย่างสูงและสร้างโครงสร้างวงแหวนหรือวงแหวน

SF4

มีการอธิบายครั้งแรกในแบคทีเรียและแบคทีเรีย พวกมันเป็นกลุ่มของเฮลิคอปเตอร์จำลองหรือเลียนแบบ

พวกมันมีขั้วการโยกย้ายที่เป็นเอกลักษณ์ของ 5′-3 ′และมีลวดลายลำดับที่ได้รับการอนุรักษ์อย่างสูงห้าแบบ เฮลิเคสเหล่านี้มีลักษณะเป็นวงแหวนขึ้นรูป

SF5

เป็นโปรตีนประเภทโรแฟคเตอร์ เฮลิเคสของ SF5 Superfamily เป็นลักษณะของสิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตและขึ้นอยู่กับ ATP แบบ hexameric พวกเขาคิดว่าเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับ SF4; นอกจากนี้ยังมีรูปร่างเป็นวงแหวนและไม่เป็นวงแหวน

SF6

เห็นได้ชัดว่าเป็นโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับ SF3 superfamily; อย่างไรก็ตาม SF6s นำเสนอโดเมนของโปรตีน ATPase ที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมของเซลล์ต่างๆ (โปรตีน AAA) ที่ไม่มีอยู่ใน SF3

โครงสร้าง

โครงสร้างเฮลิเคสทั้งหมดมีลวดลายลำดับที่อนุรักษ์ไว้อย่างดีในส่วนหน้าของโครงสร้างหลัก ส่วนหนึ่งของโมเลกุลมีการจัดเรียงกรดอะมิโนโดยเฉพาะซึ่งขึ้นอยู่กับหน้าที่เฉพาะของเฮลิเคสแต่ละตัว

เฮลิเคสที่มีการศึกษาโครงสร้างมากที่สุดคือของ SF1 Superfamily โปรตีนเหล่านี้เป็นที่ทราบกันดีว่ารวมกลุ่มกันเป็น 2 โดเมนที่คล้ายกับโปรตีน RecA แบบมัลติฟังก์ชั่นและโดเมนเหล่านี้จะสร้างกระเป๋าผูก ATP ระหว่างพวกมัน

พื้นที่ที่ไม่ได้รับการอนุรักษ์สามารถมีโดเมนเฉพาะเช่นประเภทการจดจำดีเอ็นเอโดเมนการแปลเซลล์และโปรตีน - โปรตีน

โครงสร้างผลึกของ eIF4A-PDCD4 complex EIF4A1 dimer ของหน่วยย่อย Helicase ที่ผูกไว้กับ PDCD4 (สีฟ้า) นำมาและแก้ไขจาก: Ayacop โปรดแบนสิ่งนี้จาก Wikimedia Commons

คุณสมบัติ

ดีเอ็นเอเฮลิเคส

หน้าที่ของโปรตีนเหล่านี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการที่สำคัญ ได้แก่ ความเครียดจากสิ่งแวดล้อมเชื้อสายของเซลล์ภูมิหลังทางพันธุกรรมและขั้นตอนของวัฏจักรของเซลล์

เป็นที่ทราบกันดีว่า SF1 DNA helicases ทำหน้าที่เฉพาะในการซ่อมแซมดีเอ็นเอการจำลองแบบการถ่ายโอนและการรวมตัวกันใหม่

พวกเขาแยกเกลียวคู่ของดีเอ็นเอและมีส่วนร่วมในการบำรุงรักษาเทโลเมียร์การซ่อมแซมการแตกของเกลียวคู่และการกำจัดโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับกรดนิวคลีอิก

อาร์เอ็นเอเฮลิเคส

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ RNA helicases มีความสำคัญในกระบวนการเผาผลาญ RNA ส่วนใหญ่และโปรตีนเหล่านี้ยังเป็นที่รู้กันว่ามีส่วนร่วมในการตรวจหา RNA ของไวรัส

นอกจากนี้ยังทำหน้าที่ในการตอบสนองภูมิคุ้มกันของไวรัสเนื่องจากตรวจพบ RNA แปลกปลอมหรือต่างประเทศ (ในสัตว์มีกระดูกสันหลัง)

ความสำคัญทางการแพทย์

Hellicases ช่วยให้เซลล์เอาชนะความเครียดจากภายนอกและจากภายนอกป้องกันความไม่เสถียรของโครโมโซมและรักษาสมดุลของเซลล์

ความล้มเหลวของระบบนี้หรือสภาวะสมดุล homeostatic เกี่ยวข้องกับการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับยีนที่เข้ารหัสโปรตีนประเภทเฮลิเคส ด้วยเหตุนี้จึงเป็นหัวข้อของการศึกษาทางชีวการแพทย์และพันธุกรรม

ด้านล่างนี้เราจะกล่าวถึงโรคบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับการกลายพันธุ์ในยีนที่เข้ารหัส DNA เป็นโปรตีนประเภทเฮลิเคส:

แวร์เนอร์ซินโดรม

เป็นโรคทางพันธุกรรมที่เกิดจากการกลายพันธุ์ของยีนที่เรียกว่า WRN ซึ่งเข้ารหัสเฮลิเคส เฮลิเคสที่กลายพันธุ์ทำงานไม่ถูกต้องและทำให้เกิดโรคหลายชนิดที่รวมกันเป็นกลุ่มอาการแวร์เนอร์

ลักษณะสำคัญของผู้ที่เป็นโรคนี้คือริ้วรอยก่อนวัย ยีนที่กลายพันธุ์จะต้องได้รับการถ่ายทอดจากพ่อแม่ทั้งสองฝ่าย อุบัติการณ์ต่ำมากและไม่มีการรักษาใด ๆ สำหรับการรักษา

โรค Bloom

Bloom syndrome เป็นโรคทางพันธุกรรมที่เกิดจากการกลายพันธุ์ของยีน autosomal ที่เรียกว่า BLM ซึ่งเข้ารหัสโปรตีนเฮลิเคส มันเกิดขึ้นสำหรับบุคคล homozygous สำหรับตัวละครนั้นเท่านั้น (ถอย)

คุณสมบัติหลักของโรคที่หายากนี้คือความไวต่อแสงแดดซึ่งทำให้เกิดแผลที่ผิวหนังของผื่นแดง ยังไม่มีวิธีรักษา

โรค Rothmund-Thomson

เป็นที่รู้จักกันในชื่อ poikiloderma atrophic แต่กำเนิด เป็นพยาธิสภาพของต้นกำเนิดทางพันธุกรรมที่หายากมากจนถึงปัจจุบันมีผู้ป่วยน้อยกว่า 300 รายที่อธิบายไว้ในโลก

มันเกิดจากการกลายพันธุ์ของยีน RECQ4 ซึ่งเป็นยีนถอยแบบ autosomal ที่อยู่บนโครโมโซม 8

อาการหรือเงื่อนไขของกลุ่มอาการนี้ ได้แก่ ต้อกระจกในเด็กและเยาวชนความผิดปกติของระบบโครงร่างการเสื่อมสภาพการขยายตัวของเส้นเลือดฝอยและการฝ่อของผิวหนัง (poikiloderma) ในบางกรณีอาจเกิดภาวะต่อมไทรอยด์ทำงานเกินและความบกพร่องในการผลิตฮอร์โมนเพศชาย

อ้างอิง

1. RM Brosh (2013). DNA helicases เกี่ยวข้องกับการซ่อมแซม DNA และบทบาทในมะเร็ง รีวิวธรรมชาติมะเร็ง.
2. helicase กู้คืนจาก nature.com.
3. helicase สืบค้นจาก en.wikipedia.org.
4. A. Juárez, LP Islas, AM Rivera, SE Tellez, MA Duran (2011) Rothmund-Thompson syndrome (atrophic poikiloderma แต่กำเนิด) ในหญิงตั้งครรภ์ คลินิกและการวิจัยทางนรีเวชวิทยาและสูติศาสตร์
5. KD Raney, AK Byrd, S.Aarattuthodiyil (2013). โครงสร้างและกลไกของ SF1 DNA Helicases ความก้าวหน้าด้านการแพทย์ทดลองและชีววิทยา
6. โรค Bloom กู้คืนจาก Medicina.ufm.edu.
7. M. Singleton, MS Dillingham, DB Wigley (2007). โครงสร้างและกลไกของ Helicases และ Nucleic Acid Translocases การทบทวนชีวเคมีประจำปี