Helikaza

Helikaze su klasa a enzima koje su vitalno značajne za žive organizme. Njihova glavna funkcija je raspakivanje prisutnih gena. To su molekulski motori protein, koji se kreću duž fosfodiesterskih okosnica nukleinskih kiselina I razdvajaju niti polinukleotida (tj. DNK, RNK, ili RNK-DNK hibrida) pomoću energije dobijene hidrolizom ATP. Postojeće mnoge helikaze proizlaze iz velikog broja procesa u kojima se mora katalizirati razdvajanje polulanaca DNK. Helikaze kodira oko 1% eukariotskih gena.^[1][2]

Struktura helikaze RuvA kod E. coli

Genom čovjeka kodira 95 neredundantnih helikaza: 64 RNK i 31 DNK helikazu. Mnogi ćelijski procesi, kao što su replikacija DNK, transkripcije, translacije, rekombinacije, popravak DNK i biogeneza ribosoma, uključuju odvajanje niti nukleinskih kiselina, što zahtijeva korištenje helikaza.

Funkcija

Akcija helikaze u replikaciji DNK

Helikaze se često upotrebljavaju za razdvajanja polulanaca dvojnog hrliksa DNK ili samoobnavljajućih RNK molekula pomoću energije iz hidrolize adenozin trifosfata (ATP). Proces odlikuje razbijanje vodikovih veza obveznica između nukleotida dušične baze. Aktivne su i uuklanjanjeu protein koji su vezani za nukleinske kiseline i katalizi homologne rekombinacije DNK Helikaze uvezuju metaboličke procesi RNK, kao što su translacija, transkripcija, biogeneza ribosoma, prerada RNK, njeno editiranje i degradacija. Helicaze se pomjeraju postepeno uz jednu nit dupleksa nukleinske kiseline sa usmjerivošću i processivnošću koje su specifične za svaki pojedinačni enzim.^[3][4]

Helikaze imaju različite strukture i statuse oligomeracije. Dok se dnkB-olike helikaze opružaju u heksamere DNK u obliku kifle, drugi enzimi su aktivni kao monomeri ili proteinski dimeri. Istraživanja su pokazala da helikaze mogu djelovati pasivno, čekajući nektalitsko opuštanje, a onda se premješta između razdvojenih niti ili mogu imati aktivnu ulogu kao katalizatori u odvajanju lanca, koristeći energiju proizvedenu hidrolizom ATP. U drugom slučaju, helicakaza djeluje na relativno aktivan motor, odmotavanjem i premještanjem duž njegovog supstrata kao direktan rezultat aktivnosti ATPaze.^[5] Helicaze mogu mnogo brže djelovati in vivo nego in vitro, zbog prisustva proteina te pomoći u destabilizaciji viljuškaste veze.

Aktiviranje barijera u djelovanju helikaze

Helikazna enzimska akcija, kao što je odmotavanje nukleinskih kiselina, postiže se smanjenjem aktivacije barijera (B) svake specifične reakcije. Aktivacijska barijera je posljedica različitih faktora, a može se odrediti primjenom slijedeće jednadžbe, u kojoj je:

• N = broj neopruženih baznih parova (bps),
• ΔG_bp = slobodna energija formiranja baznog para,
• G_int = redukcija slobodne energije pod uticajem helikaze i
• G_ƒ = redukcija slobodne energije pod uticajem nezipiranih snaga:

B = N (ΔG_bp-G_int-G_ƒ)

Faktori koji doprinose visini aktivacije barijere uključuju:

• pecifičnost sekvence uključene molekule nukleinske kiseline,
• broj uključenih baznih parova uključeni,
• napetost koja je prisutna u replikacijskoj viljuški, i
• snaga destabilizacije.

Aktivna i pasivna helikaza

Na osnovu prirode prevazilaženja aktivacijske barijere, helikaze se svrstavaju u:

• aktivne i
• pasivne.

Kod pasivnih hekikaza, postoje značajne aktivacijske barijere (označene kao B >k_B T, gdje je k_B Boltzmannova konstanta, a T je temperatura sistema). Zog ovih značajnih barijera, na njihovu progresijuuveliko utiču sekvence nukleinskih kiselina u neopruženim molekulama i prisustvo destabilizirajućih snaga koje utiču na replikacijsku viljušku. Određene kominacije nukleinskih kiselina će smanjivati stopu neopružanja (guanina i citozina), dok je različite destabilizirajuće sile mogu povećati. U pasivnim sistemima, stopa neopružanja (V_un) je manje od rate premještanje (V_trans - duž jednolančane nukleinske kiseline: ssNA). Još jedan način prikaza djelovanja pasivne helikaze je na osnovu prolazne razgradnje baznih parova na replikacijskoj viljuški. kako bi se odredila stopa opuštanja.

Kod aktivnih helikaza, B < k_BT, gdje sistem ne poseduje značajnu prepreku, helikaza može destabilizirati nukleinske kiseline, odmotavanje dvostruke spirale teče konstantnom brzinom, bez obzira na sekvence nukleinske kiseline. Aktivne helikaze se ponašaju slično kada djeluju na dvojni lanac nukleinskih kiselina, kao i na dsNK ili ssNK, u odnosu na stope odmotavanje i stope translokacije, gdje su u oba sistema: V_un i V_trans približno jednaki.

Dodatni način sagledavanje prirode aktivnih helikaza je preko njihove sposobnosti da direktno destabiliziraju replikacijsku viljuške za promociju odmotavanja.

Također pogledajte

• DNK
• Nukleinske kiseline
• Enzim

Reference

1. Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005). Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Sarajevo: Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB). ISBN 9958-9344-1-8.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
2. Kapur Pojskić L., Ed. (2014). Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (2 izd.). Sarajevo: Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB). ISBN 978-9958-9344-8-3.
3. Hunter, Graeme K. (2000). Vital Forces. The discovery of the molecular basis of life. London: Academic Press. ISBN 0-12-361811-8.
4. Cox, David L. Nelson, Michael M. (2013). Lehninger Principles of biochemistry (6. iz, međunarodno izd.). New York, N.Y.: W.H. Freeman. ISBN 978-1-4641-0962-1.
5. "Researchers solve mystery of how DNA strands separate". phys.org. 3. 7. 2007. Pristupljeno 6. 11. 2015.

Vanjski linkovi

• DNA Helicases na US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
• RNA Helicases na US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)