HELICASA: CARACTERÍSTIQUES, ESTRUCTURES I FUNCIONS - ANATOMIA I FISIOLOGIA - 2025

La helicasa fa referència a un grup d'enzims de l'tipus proteica-hidrolítica molt importants per a tots els organismes vius; també són cridades proteïnes motores. Aquestes es traslladen pel citoplasma cel·lular, convertint energia química en treball mecànic mitjançant hidròlisi d'ATP.

La seva funció més important és trencar els ponts d'hidrogen entre les bases nitrogenades dels àcids nucleics, permetent així la seva replicació. És important recalcar que les helicases són pràcticament ubiqües, ja que estan presents en virus, bacteris i en organismes eucariotes.

Enzims que intervenen en la replicació d'Escherichia coli. Pres i editat de César Benito Jiménez, via Wikimedia Commons.

La primera d'aquestes proteïnes o enzims va ser descoberta l'any 1976 en el bacteri Escherichia coli; dos anys després es va descobrir la primera helicasa en un organisme eucariòtic, en plantes de lliris.

Actualment han estat caracteritzades proteïnes helicasas en tots els regnes naturals incloent-hi els virus, el que implica que s'ha generat un vast coneixement sobre aquests enzims hidrolítics, les seves funcions en els organismes i el seu rol mecanicista.

Característiques

Les helicases són macromolècules biològiques o naturals que acceleren reaccions químiques (enzims). Es caracteritzen principalment per separar complexos químics de adenosín trifosfat (ATP) per mitjà d'hidròlisi.

Aquestes enzims utilitzen l'ATP per unir-se i remodelar complexos d'àcids desoxirribonucleicos (ADN) i àcids ribonucleicos (ARN).

Existeixen al menys 2 tipus de helicasas: les ADN i les ARN.

ADN helicasa

Les ADN helicasas actuen en la replicació de l'ADN i es caracteritzen per separar l'ADN de cadenes dobles en cadenes simples.

ARN helicasa

Aquests enzims actuen en els processos metabòlics de l'àcid ribonucleic (ARN) i en la multiplicació, reproducció o biogènesi ribosomal.

L'ARN helicasa també és clau en el procés d'entroncament previ de l'ARN missatger (ARNm) i l'inici de la síntesi de proteïnes, després de la transcripció d'ADN a ARN en el nucli cel·lular.

taxonomia

Aquests enzims poden ser diferenciades segons la seva homologia en la seqüenciació d'aminoàcids de l'domini central d'aminoàcids ATPasa, o per motius de seqüenciació compartits. Segons la classificació, aquestes estan agrupades en 6 superfamílies (SF 1-6):

SF1

Els enzims d'aquesta superfamília presenten una polaritat de translocació 3'-5 'o 5'-3' i no formen estructures anulars.

SF2

És conegut com el grup més ampli de helicasas i el componen principalment ARN helicasas. Presenten una polaritat de translocació generalment de 3'-5 'amb molt poques excepcions.

Tenen nou motius (de l'anglès motifs, que es tradueix com «elements recurrents») de seqüències d'aminoàcids altament conservats i, a l'igual que els SF1, no formen estructures anulars.

SF3

Són helicasas característiques de virus i tenen una polaritat de translocació única de 3'-5 '. Posseeixen només quatre motius de seqüència altament conservats i formen estructures anulars o anells.

SF4

Van ser descrits per primera vegada en bacteris i bacteriòfags. Són un grup de helicasas replicants o replicatives.

Tenen una polaritat de translocació única de 5'-3 ', i tenen cinc motius de seqüència altament conservats. Aquestes helicasas es caracteritzen perquè formen anells.

SF5

Són proteïnes de l'tipus factor Rho. Les helicases de la superfamília SF5 són característiques d'organismes procariotes i són hexaméricas dependents de l'ATP. Es pensa que estan molt relacionades amb les SF4; a més, presenten formes anulars i no anulars.

SF6

Són proteïnes aparentment relacionades amb la superfamilia SF3; però, les SF6 presenten un domini de proteïnes ATPases associades a diverses activitats cel·lulars (proteïnes AAA) no presents en SF3.

estructura

Estructuralment, totes les helicasas tenen motius de seqüència altament conservats en la porció anterior de la seva estructura primària. Una porció de la molècula presenta una disposició dels aminoàcids particular que depèn de la funció específica de cada helicasa.

Les helicases més estudiades estructuralment són les de la superfamília SF1. Se sap que aquestes proteïnes s'agrupen en 2 dominis molt semblants a les proteïnes multifuncionals RecA, i aquests dominis formen una butxaca d'unió ATP entre ells.

Les regions no conservades poden presentar dominis específics de l'tipus de reconeixement d'ADN, domini de localització cel·lular i de proteïna-proteïna.

Estructura cristal·lina el complex eIF4A-PDCD4. Dímer EIF4A1 de la subunitat Helicasa, unit a PDCD4 (cian). Presa i editada de: AyacopPlease Flattr this from Wikimedia Commons.

funcions

ADN helicasa

Les funcions d'aquestes proteïnes depenen d'una important varietat de factors, entre els quals destaquen l'estrès ambiental, el llinatge de les cèl·lules, els antecedents genètics i les etapes de l'cicle cel·lular.

Se sap que les ADN helicasas de la SF1 compleixen funcions específiques en la reparació, replicació, transferència i recombinació de l'ADN.

Separen cadenes d'una doble hèlix de l'ADN i participen en el manteniment dels telòmers, en reparacions per trencament de la doble bri i en l'eliminació de proteïnes associades als àcids nucleics.

ARN helicasa

Com va ser esmentat prèviament, les ARN helicasas són vitals en la gran majoria dels processos metabòlics de l'ARN, i també es coneix que aquestes proteïnes participen en la detecció d'ARN viral.

A més, actuen en la resposta immunitària antiviral, ja que detecten ARN estranys o aliens a l'organisme (en vertebrats).

importància mèdica

Les helicases ajuden a les cèl·lules a superar l'estrès endogen i exogen, evitant la inestabilitat cromosòmica i mantenint l'equilibri cel·lular.

La falla d'aquest sistema o equilibri homeostàtic està relacionada amb mutacions genètiques que impliquen gens que codifiquen proteïnes de l'tipus helicasas; per aquesta raó són objecte d'estudis biomèdics i genètics.

A continuació esmentarem algunes de les malalties relacionades amb mutacions en gens que codifiquen ADN com a proteïnes de tipus helicasa:

Síndrome de Werner

És una malaltia genètica originada per una mutació d'un gen anomenat WRN, que codifica una helicasa. La helicasa mutant no actua correctament i ocasiona una sèrie de malalties que, en conjunt conformen, la síndrome de Werner.

La principal característica dels que pateixen aquesta patologia és el seu envelliment prematur. Perquè es manifesti la malaltia el gen mutant ha heretar de tots dos progenitors; seva incidència és molt baixa i no hi ha tractament per a la seva cura.

Síndrome de Bloom

La síndrome de Bloom és una malaltia genètica producte de la mutació d'un gen autosòmic denominat BLM que codifica una proteïna helicasa. Només es presenta per a individus homozigots per a aquest caràcter (recessiu).

La característica principal d'aquesta rara malaltia és la hipersensibilitat a llum solar, que ocasiona lesions a la pell de l'tipus rash eritromatoso. Encara no existeix cura.

Síndrome de Rothmund-Thomson

També és conegut com poiquilodermia atròfica congènita. És una patologia d'origen genètic molt poc freqüent: fins a la data hi ha menys de 300 casos descrits en l'àmbit mundial.

S'origina per una mutació de el gen RECQ4, un gen autosòmic i de manifestació recessiva que se situa en el cromosoma 8.

Els símptomes o patiments d'aquesta síndrome inclouen cataractes juvenils, anomalies en el sistema esquelètic, despigmentació, dilatacions capil·lars i atròfia a la pell (poiquilodermia). En alguns casos poden presentar-se hipertiroïdisme i deficiència en la producció de testosterona.

referències

1. RM Brosh (2013). DNA helicases involved in DNA repair and their rols in cancer. Nature Reviews Cancer.
2. Helicase. Recuperat de nature.com.
3. Helicase. Recuperat de en.wikipedia.org.
4. A. Juárez, LP Illes, AM Rivera, ES Tellez, MA Duran (2011). Síndrome de Rothmund-Thompson (poiquilodermia atròfica congènita) en dona gestant. Clínica i Investigació en Ginecologia i Obstetrícia.
5. KD Raney, AK Byrd, S. Aarattuthodiyil (2013). Structure and Mechanisms of SF1 DNA Helicases. Advances in Experimental Medicine and Biology.
6. Síndrome de Bloom. Recuperat de medicina.ufm.edu.
7. M. Singleton, MS Dillingham, DB Wigley (2007). Structure and mechanism of Helicases and Nucleic Acid Translocases. Annual Review of Biochemistry.