Was ist eine Helikase?
Eine Helikase ist ein Enzym, das verbundene Stränge von Desoxyribonukleinsäure (DNA) oder Ribonukleinsäure (RNA) öffnet. Es bewegt sich normalerweise in einer Richtung entlang eines doppelsträngigen DNA-Moleküls oder eines selbstgebundenen RNA-Moleküls und unterbricht die Wasserstoffbindungen zwischen den komplementären Nukleotid-Basenpaaren. Helikaseenzyme sind wichtig für die zellulären Prozesse der DNA-Replikation und -Reparatur, der Transkription von DNA in RNA, der Proteintranslation und der Erzeugung von Ribosomen.
Es gibt viele verschiedene Arten von Helikaseenzymen, darunter 24 verschiedene Helikasen im menschlichen Körper. Jeder hat eine etwas andere Struktur und Arbeitsweise. Einige arbeiten als Monomere oder Enzyme mit einer Einheit, während andere Dimere oder sogar Hexamere bilden und mehrere Proteinuntereinheiten für eine optimale Funktion kombinieren. Alle Helikasen haben mindestens einen gewissen Grad an Ähnlichkeit in ihrer Aminosäuresequenz, und es wird angenommen, dass diese ähnlichen Bereiche an der Bindung des DNA- oder RNA-Strangs oder der Bindung und Hydrolyse von Adenosintriphosphat (ATP) beteiligt sind. Diese gemeinsamen Sequenzmotive haben bei der Klassifizierung von Helikasen in fünf Hauptfamilien geholfen.
Die Funktion einer Helikase hängt von ihrer spezifischen Struktur und Abwickeltechnik ab. Einige sind aktiv und nutzen ATP, um die Fäden abzuwickeln, während andere passiv sind und keine Energie benötigen, um zu funktionieren. Da DNA- und RNA-Moleküle über Wasserstoffbrückenbindungen verbunden sind und bleiben, werden viele Helikasen ATP-Moleküle verwenden, um diese Bindungen aktiv aufzubrechen. Diese Enzyme werden eine ATP-Bindungsstelle haben, die es ihnen ermöglicht, ATP zu hydrolysieren, um die Energie zu gewinnen, die zum Aufbrechen der Wasserstoffbindungen erforderlich ist. Der Abbau von ATP treibt das Enzym häufig den DNA- oder RNA-Strang hinunter, wodurch seine Bewegung unidirektional wird und verhindert wird, dass sich die kürzlich getrennten Stränge wieder vereinigen.
Andere Helikaseenzyme verwenden keine aktiven energetischen Methoden zur Trennung der Nukleotidbasenpaare. Stattdessen binden sie sich an die DNA- oder RNA-Stränge und warten, bis lokale energetische Schwankungen und Bewegungsänderungen die Stränge teilweise auseinander verdrehen. Sie verlagern sich dann und binden sich in der neu gebildeten Lücke, wodurch verhindert wird, dass sich die Stränge wieder verbinden. Dieser Mechanismus ist im Allgemeinen langsamer, da er eher von zufälligen und zufälligen Bewegungen zum Abwickeln abhängt als von einem direkten, gesteuerten Mechanismus.
Einige RNA-Helikaseenzyme verwenden einen anderen Mechanismus zum Binden und Abwickeln. Während viele RNA-Helikasen auf ähnliche Weise wie DNA-Helikasen wirken, binden andere an ein einzelsträngiges RNA-Segment und erfordern auch eine ATP-Bindung. Diese Helikasen hydrolysieren das ATP nicht oder leiten Energie daraus ab, aber das ATP ist für eine Formänderung erforderlich, die das Enzym aktiviert.