HELICASA: CARACTERÍSTICAS, ESTRUTURAS E FUNÇÕES - ANATOMIA E FISIOLOGIA - 2025

A helicase refere-se a um grupo de enzimas do tipo hidrolítico de proteínas que são muito importantes para todos os organismos vivos; também são chamadas de proteínas motoras. Estes se movem através do citoplasma celular, convertendo energia química em trabalho mecânico por meio da hidrólise de ATP.

Sua função mais importante é quebrar as ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas dos ácidos nucléicos, permitindo assim sua replicação. É importante ressaltar que as helicases são praticamente onipresentes, pois estão presentes em vírus, bactérias e organismos eucarióticos.

Enzimas envolvidas na replicação de Escherichia coli. Tirado e editado de César Benito Jiménez, via Wikimedia Commons.

A primeira dessas proteínas ou enzimas foi descoberta em 1976 na bactéria Escherichia coli; dois anos depois, a primeira helicase foi descoberta em um organismo eucariótico, em plantas de lírio.

Atualmente as proteínas helicase têm sido caracterizadas em todos os reinos naturais incluindo vírus, o que implica que um vasto conhecimento tenha sido gerado sobre essas enzimas hidrolíticas, suas funções nos organismos e seu papel mecanicista.

Caracteristicas

Hellicases são macromoléculas biológicas ou naturais que aceleram reações químicas (enzimas). Eles são caracterizados principalmente por separar complexos químicos de trifosfato de adenosina (ATP) por meio de hidrólise.

Essas enzimas usam ATP para ligar e remodelar complexos de ácidos desoxirribonucléicos (DNA) e ácidos ribonucléicos (RNA).

Existem pelo menos 2 tipos de helicases: DNA e RNA.

Helicase de DNA

As helicases de DNA atuam na replicação do DNA e são caracterizadas por separar o DNA de fita dupla em fitas simples.

RNA helicase

Essas enzimas atuam nos processos metabólicos do ácido ribonucléico (RNA) e na multiplicação, reprodução ou biogênese ribossomal.

A RNA helicase também é fundamental no processo de pré-splicing do RNA mensageiro (mRNA) e no início da síntese de proteínas, após a transcrição do DNA em RNA no núcleo da célula.

Taxonomia

Estas enzimas podem ser diferenciadas de acordo com sua homologia de sequenciamento de aminoácidos com o domínio ATPase do aminoácido principal ou por motivos de sequenciamento compartilhados. De acordo com a classificação, eles são agrupados em 6 superfamílias (SF 1-6):

SF1

As enzimas desta superfamília têm uma polaridade de translocação 3′-5 ′ ou 5′-3 ′ e não formam estruturas em anel.

SF2

É conhecido como o grupo mais amplo de helicases e é composto principalmente por RNA helicases. Eles têm uma polaridade de translocação geralmente 3′-5 ′ com muito poucas exceções.

Eles têm nove motivos (de motivos em inglês, que se traduzem em "elementos recorrentes") de sequências de aminoácidos altamente conservadas e, como o SF1, não formam estruturas em anel.

SF3

Eles são helicases características de vírus e têm uma polaridade de translocação única de 3′-5 ′. Eles possuem apenas quatro motivos de sequência altamente conservados e formam estruturas em anel ou anéis.

SF4

Eles foram descritos pela primeira vez em bactérias e bacteriófagos. Eles são um grupo de helicases replicativas ou replicativas.

Eles têm uma polaridade de translocação única de 5′-3 ′ e têm cinco motivos de sequência altamente conservados. Essas helicases são caracterizadas por formar anéis.

SF5

Eles são proteínas do tipo de fator Rho. As helicases da superfamília SF5 são características de organismos procarióticos e são dependentes de ATP hexamérico. Eles são considerados intimamente relacionados ao SF4; além disso, eles têm formas anulares e não anulares.

SF6

Elas são proteínas aparentemente relacionadas à superfamília SF3; entretanto, SF6s apresentam um domínio de proteínas ATPase associado a várias atividades celulares (proteínas AAA) não presentes no SF3.

Estrutura

Estruturalmente, todas as helicases têm motivos de sequência altamente conservados na porção anterior de sua estrutura primária. Uma porção da molécula tem um arranjo de aminoácidos particular que depende da função específica de cada helicase.

As helicases mais estudadas estruturalmente são as da superfamília SF1. Essas proteínas são conhecidas por se agruparem em 2 domínios muito semelhantes às proteínas multifuncionais RecA, e esses domínios formam um bolso de ligação de ATP entre eles.

As regiões não conservadas podem ter domínios específicos, como tipo de reconhecimento de DNA, domínio de localização celular e proteína-proteína.

Estrutura cristalina do complexo eIF4A-PDCD4. Dímero EIF4A1 da subunidade Helicase, ligado a PDCD4 (ciano). Retirado e editado de: AyacopPlease flattr this, do Wikimedia Commons.

Recursos

Helicase de DNA

As funções dessas proteínas dependem de uma importante variedade de fatores, entre os quais o estresse ambiental, a linhagem celular, o histórico genético e as etapas do ciclo celular.

As helicases de DNA SF1 são conhecidas por servirem a papéis específicos no reparo, replicação, transferência e recombinação do DNA.

Eles separam as fitas de uma dupla hélice de DNA e participam da manutenção do telômero, do reparo da quebra da fita dupla e da remoção de proteínas associadas ao ácido nucléico.

RNA helicase

Como mencionado anteriormente, as helicases de RNA são vitais na grande maioria dos processos metabólicos de RNA, e essas proteínas também são conhecidas por participarem da detecção de RNA viral.

Além disso, atuam na resposta imune antiviral, pois detectam RNA estranho ou estranho (em vertebrados).

Significado médico

As helicases ajudam as células a superar o estresse endógeno e exógeno, prevenindo a instabilidade cromossômica e mantendo o equilíbrio celular.

A falha desse sistema ou equilíbrio homeostático está relacionada a mutações genéticas que envolvem genes que codificam proteínas do tipo helicase; por isso são objeto de estudos biomédicos e genéticos.

A seguir, mencionaremos algumas das doenças relacionadas a mutações em genes que codificam DNA como proteínas do tipo helicase:

Síndrome de Werner

É uma doença genética causada por uma mutação em um gene chamado WRN, que codifica uma helicase. A helicase mutante não funciona corretamente e causa uma série de doenças que, juntas, formam a síndrome de Werner.

A principal característica de quem sofre dessa patologia é o envelhecimento precoce. Para que a doença se manifeste, o gene mutante deve ser herdado de ambos os pais; sua incidência é muito baixa e não há tratamento para sua cura.

Síndrome de Bloom

A síndrome de Bloom é uma doença genética resultante da mutação de um gene autossômico chamado BLM, que codifica uma proteína helicase. Só ocorre para indivíduos homozigotos para aquele caráter (recessivo).

A principal característica dessa rara doença é a hipersensibilidade à luz solar, que causa lesões cutâneas de erupção eritromática. Ainda não há cura.

Síndrome de Rothmund-Thomson

É também conhecida como poiquilodermia atrófica congênita. É uma patologia de origem genética muito rara: até hoje existem menos de 300 casos descritos no mundo.

É causada por uma mutação no gene RECQ4, um gene autossômico recessivo localizado no cromossomo 8.

Os sintomas ou condições dessa síndrome incluem catarata juvenil, anormalidades no sistema esquelético, despigmentação, dilatações capilares e atrofia da pele (poiquilodermia). Em alguns casos, pode ocorrer hipertireoidismo e deficiência na produção de testosterona.

Referências

1. RM Brosh (2013). Helicases de DNA envolvidas no reparo de DNA e seus papéis no câncer. Nature Reviews Cancer.
2. Helicase. Recuperado de nature.com.
3. Helicase. Recuperado de en.wikipedia.org.
4. A. Juárez, LP Islas, AM Rivera, SE Tellez, MA Duran (2011). Síndrome de Rothmund-Thompson (poiquilodermia atrófica congênita) em mulher grávida. Clínica e Pesquisa em Ginecologia e Obstetrícia.
5. KD Raney, AK Byrd, S. Aarattuthodiyil (2013). Estrutura e mecanismos de SF1 DNA Helicases. Advances in Experimental Medicine and Biology.
6. Síndrome de Bloom. Recuperado de Medicina.ufm.edu.
7. M. Singleton, MS Dillingham, DB Wigley (2007). Estrutura e mecanismo de Helicases e Translocases de Ácido Nucleico. Revisão Anual de Bioquímica.