6.7: ДНК-геликазы

Ферменты-геликазы, раскручивающие ДНК, представляют собой тип моторного белка. Моторные белки могут перемещаться по нитям или полимерам, используя энергию, вырабатываемую в результате гидролиза АТФ. Хеликазы участвуют во всех важных клеточных процессах, требующих раскручивания ДНК, таких как репликация, репарация, рекомбинация и транскрипция ДНК. Они присутствуют во всех живых организмах, но различаются по своей структуре, функциям и механизму действия. Например, у прокариот хеликаза DnaB связывается и перемещается вдоль матрицы отстающей цепи в направлении от 5' к 3'. У эукариот белковый комплекс поддержания минихромосомы (MCM) представляет собой ДНК-хеликазу, которая связывается и перемещается вдоль матрицы ведущей цепи в направлении от 3' к 5'.

Геликазы как терапевтические мишени

Будучи незаменимым компонентом механизма репликации ДНК, геликаза становится новой мишенью для разработки лекарств против бактериальных и вирусных инфекций, а также для лечения рака. Раковые клетки характеризуются быстрой пролиферацией, что требует высокой скорости репликации ДНК и соответствующего увеличения продукции хеликазы MCM. Таким образом, ингибирование или истощение хеликазы MCM правильными лекарствами может подавить быстрый рост раковых клеток.

Задействованные в репликации ДНК геликазы известны как репликативные геликазы. В них шесть суб-единиц, которые окружают центральную пору, достаточно большую чтобы позволить одноцепочечной ДНК пройти через неё. Геликаза подвергается конформационным изменениям, чтобы скользить вдоль ДНК, используя энергию гидролиза АТФ.

Каждая из шести субъединиц геликазы имеет сайт связывания АТФ с присущая АТФазной активностью способностью расщеплять АТФ до АДФ и неорганического фосфата. Когда геликаза расщепляет АТФ, субъединицы двигаются относительно друг друга, вызывая транслокацию ДНК. Чтобы начать раскручивать ДНК, геликаза связывается с одной цепью ДНК в начале репликации, и скользит по выбранной цепь ДНК.

Как только геликаза раскручивает ДНК, в разделенных одноцепочечных молекулах ДНК могут образовываться петли со шпильками путем спаривания внутри цепей, или двухцепочечная ДНК путем спаривания между цепями. Эти цепи также уязвимы для атаки нуклеазами, которые могут переваривать ДНК. Чтобы этого не произошло, связывающиеся с одноцепочечной ДНК, или SSB, белки связываются с одноцепочечной ДНК последовательно, причём входящий SSB связывается рядом с существующим SSB.

Эта совместная привязка белка SSB выпрямляет и защищает родительскую цепь ДНК, предотвращая образования петель-шпилек, или перемотка ДНК обратно на свою двухцепочечную структуру. Белки SSB плотно прикрепляются к сахарно-фосфатному остову ДНК и оставляют азотистые основания доступными для дополнительного связывания нуклеотидов, позволяя формировать дочернюю цепочку.