Helikazlar

 Helikazlar, tüm organizmalar için hayati önem taşıyan bir enzim sınıfıdır. Ana işlevleri, bir organizmanın genlerini açmaktır. Bunlar, ATP hidrolizinden gelen enerjiyi kullanarak, DNA ve RNA (dolayısıyla helik- + -az) gibi tavlanmış iki nükleik asit zincirini ayıran, bir nükleik asit fosfodiester omurgası boyunca yönsel olarak hareket eden motor proteinlerdir. İplik ayrılmasının katalize edilmesi gereken çok çeşitli süreçleri temsil eden birçok sarmal vardır. Ökaryotik genlerin yaklaşık %1'i helikazları kodlar. İnsan genomu 95 yedeksiz sarmal için kodlar: 64 RNA sarmal ve 31 DNA sarmal. DNA replikasyonu, transkripsiyon, translasyon, rekombinasyon, DNA onarımı ve ribozom biyogenezi gibi birçok hücresel süreç, sarmalların kullanımını gerektiren nükleik asit ipliklerinin ayrılmasını içerir.

Fonksiyon

Helikazlar genellikle, tavlanmış nükleotit bazları arasındaki hidrojen bağlarının kırılmasıyla karakterize edilen bir işlem olan ATP hidrolizinden gelen enerjiyi kullanarak bir DNA çift sarmalının veya kendi kendine tavlanmış bir RNA molekülünün ipliklerini ayırmak için kullanılır. Ayrıca nükleik asitle ilişkili proteinleri uzaklaştırma ve homolog DNA rekombinasyonunu katalize etme işlevi de görürler. Translasyon, transkripsiyon, ribozom biyogenezi, RNA ekleme, RNA taşıma, RNA düzenleme ve RNA bozunması gibi RNA'nın metabolik süreçlerinin tümü helikazlar tarafından kolaylaştırılır. Helikazlar, her bir özel enzime özgü bir yönlülük ve işlemsellik ile dubleksin bir nükleik asit zinciri boyunca aşamalı olarak hareket eder.

Helikazlar farklı yapılar ve oligomerizasyon durumları benimser. DnaB benzeri sarmallar DNA'yı halka şeklindeki heksamerler olarak açarken, diğer enzimlerin monomerler veya dimerler olarak aktif olduğu gösterilmiştir. Çalışmalar, sarmalların pasif olarak hareket edebileceğini, katalizlenmemiş çözülmenin gerçekleşmesini bekleyebileceğini ve daha sonra yer değiştirmiş iplikler arasında yer değiştirebileceğini  veya ATP hidrolizinde üretilen enerjiyi kullanarak iplik ayrılmasını katalize etmede aktif bir rol oynayabileceğini göstermiştir. İkinci durumda, sarmal aktif bir motora benzer şekilde hareket eder, ATPaz aktivitesinin doğrudan bir sonucu olarak alt-tabakası boyunca gevşer ve yer değiştirir. Helikazlar, çatal bağlantının dengesizleşmesine yardımcı olan yardımcı proteinlerin varlığı nedeniyle in vivo olarak in vitro olduğundan çok daha hızlı işleyebilir.

DNA Sarmallarının Tarihi

DNA sarmalları 1976'da E. coli'de keşfedildi. Bu sarmal, "tespit edilebilir şekilde bozulmadan, ATP'ye bağlı bir reaksiyonda DNA duplekslerini denatüre ettiği bulunan" bir "DNA gevşetici enzim" olarak tanımlandı.Keşfedilen ilk ökaryotik DNA sarmalı 1978 yılında zambak bitkisinde bulunmuştur. O zamandan beri, DNA sarmalları diğer bakteri, virüs, maya, sinek ve yüksek ökaryotlarda keşfedildi ve izole edildi. Bugüne kadar tek hücreli organizmalardan en az 14 farklı helikaz, bakteriyofajlardan 6, virüslerden 12, mayalardan 15, bitkilerden 8, dana timusundan 11 ve insan hücrelerinden yaklaşık 25 helikaz izole edilmiştir.Aşağıda bir sarmal keşif tarihi verilmiştir:

1976 – E. coli tabanlı DNA helikazının keşfi ve izolasyonu

1978 - Zambak bitkisinden izole edilen ilk ökaryotik DNA sarmallarının keşfi

1982 – "T4 gen 41 proteini", bildirilen ilk bakteriyofaj DNA helikazıdır

1985 – Buzağı timusundan izole edilen ilk memeli DNA sarmalları

1986 – SV40 büyük tümör antijeni viral helikaz olarak rapor edildi (DNA sarmal olarak hizmet ettiği belirlenen ilk rapor edilen viral protein)

1986 – ATPaseIII, bir maya proteini, DNA sarmal olduğu belirlendi

1988 - Helikaz motifleri olduğu belirlenen yedi korunmuş amino asit alanının keşfi

1989 – DNA sarmal Süper Ailesi I ve Süper Ailesi II'nin belirlenmesi

1989 – DEAD kutusu sarmal ailesinin tanımlanması

1990 – Bir insan DNA sarmalının izolasyonu

1992 – İlk rapor edilen mitokondriyal DNA helikazının izolasyonu (sığır beyninden)

1996 – Bezelyeden ilk saflaştırılmış kloroplast DNA sarmalının keşfine ilişkin rapor

2002 – İlk biyokimyasal olarak aktif sıtma paraziti DNA helikazının izolasyonu ve karakterizasyonu – Plasmodium cynomolgi

Yapısal özellikler

Helikazların ortak işlevi, belirli bir derecede amino asit dizi benzerliği göstermeleri gerçeğini açıklar; hepsi, ATP bağlanması, ATP hidrolizi ve nükleik asit substratı boyunca yer değiştirme ile ilgili birincil yapılarının iç kısmında yer alan dizi motiflerine sahiptir. Amino asit dizisinin değişken kısmı, her bir helikazın spesifik özellikleri ile ilgilidir.

Bu sarmal motiflerin mevcudiyeti, farazi sarmal faaliyetinin belirli bir proteine atfedilmesine izin verir, ancak bunun mutlaka aktif bir sarmal olarak doğrulanması gerekmez. Ancak korunmuş motifler, enzimler arasında evrimsel bir homolojiyi destekler. Bu sarmal motiflere dayanarak, bir dizi sarmal üst ailesi ayırt edilmiştir.

Süper Aileler

Helikazlar, ortak dizi motiflerine göre 6 grupta (süper aileler) sınıflandırılır. Halka yapısı oluşturmayan sarmallar süper aile 1 ve 2'dedir ve halka oluşturan sarmallar 3 ila 6 süper ailelerin bir parçasını oluşturur. Helikazlar ayrıca tek veya çift sarmallı DNA ile çalışıp çalışmadıklarına bağlı olarak α veya β olarak sınıflandırılır; α sarmalları tek sarmallı DNA ile çalışır ve β sarmalları çift sarmal DNA ile çalışır. Ayrıca translokasyon polaritesine göre sınıflandırılırlar. Yer değiştirme 3'-5' olursa, sarmal tip A'dır; yer değiştirme 5'-3' olursa, B tipidir.

Süper Aile 1 (SF1): Bu üst aile ayrıca SF1A ve SF1B helikazlarına bölünebilir.[24] Bu gruptaki sarmallar 3'-5' (SF1A alt ailesi) veya 5'-3'(SF1B alt ailesi) translokasyon polaritesine sahip olabilir. En bilinen SF1A helikazları gram negatif bakterilerde Rep ve UvrD ve gram pozitif bakterilerde PcrA helikazdır. SF1B grubunda en çok bilinen Helikazlar RecD ve Dda helikazlardır. RecA benzeri kıvrımlı bir çekirdeğe sahiptirler.

Süper Aile 2 (SF2): Bu, çeşitli hücresel süreçlerde yer alan en büyük sarmal gruptur. Dokuz korunmuş motifin varlığı ile karakterize edilirler: Q, I, Ia, Ib ve II ila VI. Bu grup temel olarak DEAD-box RNA helikazlarından oluşur. SF2'ye dahil olan diğer bazı sarmallar, RecQ benzeri aile ve Snf2 benzeri enzimlerdir. SF2 sarmallarının çoğu, XPD ailesi gibi birkaç istisna dışında A tipidir. RecA benzeri kıvrımlı bir çekirdeğe sahiptirler.

Süper Aile 3 (SF3): Süper Aile 3, esas olarak küçük DNA virüsleri ve bazı büyük nükleositoplazmik DNA virüsleri tarafından kodlanan AAA+ sarmallardan oluşur. 3'-5' yer değiştirme yönlülükleri vardır, yani hepsi A tipi sarmallardır. En bilinen SF3 sarmal papilloma virüsü E1 sarmaldır.

Süper Aile 4 (SF4): Tüm SF4 ailesi sarmalları B tipi (5'-3') polariteye sahiptir. RecA kıvrımları vardır.[24] En çok çalışılan SF4 sarmalı, bakteriyofaj T7'den gp4'tür.

Süper Aile 5 (SF5): Rho proteinleri SF5 grubuna uygundur. RecA kıvrımları vardır.

Süper Aile 6 (SF6): SF3 sınıflandırmasına dahil olmayan çekirdek AAA+'yı içerirler. SF6 grubundaki bazı proteinler şunlardır: mini kromozom bakımı MCM, RuvB, RuvA ve RuvC.