Wat is een helicase?
Een helicase is een enzym dat verbonden strengen van desoxyribonucleïnezuur (DNA) of ribonucleïnezuur (RNA) openritst. Het beweegt meestal in een richting naar beneden een dubbelstrengs DNA-molecuul of zelfgebonden RNA-molecuul, waardoor de waterstofbruggen tussen de complementaire nucleotide-basenparen worden verbroken. Helicase-enzymen zijn belangrijk voor de cellulaire processen van DNA-replicatie en -herstel, transcriptie van DNA naar RNA, eiwittranslatie en de vorming van ribosomen.
Er zijn veel verschillende soorten helicase-enzymen, waaronder 24 verschillende helicases in het menselijk lichaam. Elk heeft een iets andere structuur en werkwijze. Sommige werken als monomeren of enzymen met één eenheid, terwijl anderen dimeren of zelfs hexameren vormen en meerdere eiwitsubeenheden combineren voor een optimale functie. Alle helicases delen ten minste enige mate van overeenkomst in hun aminozuursequentie en van deze vergelijkbare gebieden wordt gedacht dat ze betrokken zijn bij de binding van de DNA- of RNA-streng of de binding en hydrolyse van adenosinetrifosfaat (ATP). Deze gemeenschappelijke sequentiemotieven hebben geholpen bij de classificatie van helicases in vijf grote families.
De functie van een helicase varieert afhankelijk van de specifieke structuur en techniek voor het afwikkelen. Sommige zijn actief en gebruiken ATP om de strengen af te wikkelen, terwijl anderen passief zijn en geen energie nodig hebben om te functioneren. Omdat DNA- en RNA-moleculen worden gecombineerd en verbonden blijven via waterstofbruggen, zullen veel helicases ATP-moleculen gebruiken om deze verbindingen actief te verbreken. Deze enzymen hebben een ATP-bindingsplaats waarmee ze ATP kunnen hydrolyseren om de energie te verkrijgen die nodig is om de waterstofbruggen te verbreken. De afbraak van ATP zal het enzym vaak de DNA- of RNA-streng naar beneden stuwen, waardoor de beweging unidirectioneel wordt en het voorkomt dat de recent gescheiden strengen recombineren.
Andere helicase-enzymen gebruiken geen actieve energetische methoden om de nucleotide-basenparen te scheiden. In plaats daarvan hechten ze zich vast aan de DNA- of RNA-strengen en wachten tot lokale energetische fluctuaties en bewegingsveranderingen de strengen gedeeltelijk uit elkaar draaien. Ze verplaatsen zich vervolgens en binden in de nieuw gevormde opening, waardoor de strengen niet meer kunnen samenkomen. Dit mechanisme is over het algemeen langzamer, omdat het afhankelijk is van toevallige en willekeurige bewegingen voor het afwikkelen, in plaats van een direct, gecontroleerd mechanisme.
Sommige RNA-helicase-enzymen gebruiken een ander mechanisme voor binding en afwikkeling. Hoewel veel RNA-helicasen op dezelfde manier werken als DNA-helicase, zullen anderen binden met een enkelstrengs segment van RNA en zullen ook ATP-binding vereisen. Deze helicases zullen de ATP niet daadwerkelijk hydrolyseren of er energie aan ontlenen, maar de ATP is noodzakelijk voor een vormverandering die het enzym zal activeren.