DNA Helicase

DNA helicase reißt die beiden Stränge in einer DNA-Doppelhelix auseinander, angetrieben von ATP

DNA Helicase zieht einen einzelnen DNA-Strang (orange) durch die Mitte.,

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Unsere genetischen Informationen sind sicher in der Doppelhelix der DNA eingeschlossen. Um diese Informationen zu verwenden, muss die Helix abgewickelt werden, um die Basen freizulegen, wodurch Polymerasen Zugang zum Aufbau komplementärer DNA-oder RNA-Stränge erhalten. Das Abwickeln von DNA ist schwieriger als erwartet. Die Wechselwirkung zwischen Basen ist ziemlich stark und es gibt viele, viele von ihnen, so dass es nennenswerte Energie braucht, um die Stränge zu trennen. Dies ist die Aufgabe von DNA-Helicasen: Sie sind Enzyme, die die beiden Stränge in einer DNA-Doppelhelix auseinanderziehen.,

Replikative Helicasen

Die hier gezeigte Helicase trennt vom PDB-Eintrag 4esv DNA-Stränge während der Replikation eines Bakteriengenoms. Das Chromosom ist ein Kreis und die Replikation beginnt an einem Punkt auf dem Kreis (als „Ursprung“ bezeichnet) und verläuft in beide Richtungen und endet auf der gegenüberliegenden Seite. Die Helicase umgibt einen einzelsträngigen Teil der DNA (hier in Orange dargestellt) und bewegt sich entlang des Strangs, wobei die Doppelhelix während des Transports getrennt wird. Es verwendet ATP (rot dargestellt), um diese Bewegung anzutreiben.,

Umgebende DNA

Replikative DNA-Helicasen sind Mitglieder einer großen Klasse von Proteinmotoren, die ATP verwenden, um Proteine oder Nukleinsäuren durch einen Ring von Proteinuntereinheiten zu schieben. Diese Enzyme fallen im Allgemeinen in zwei Kategorien: Die bakteriellen ähneln RecA, einem Protein, das an der genetischen Rekombination beteiligt ist, und unsere replikativen Helicasen sind AAA+ ATPasen, ähnlich den AAA+ Proteasen. In beiden Fällen bildet der Komplex einen Ring von Untereinheiten, die den einzelnen DNA-Strang umgeben., Die hier gezeigte replikative Helicase besteht aus sechs identischen Untereinheiten, die einen Lockwasher-förmigen Komplex bilden,wobei die sechs Untereinheiten der Helix der DNA folgen.

Schmelzende DNA

dnaA-Proteine, die um einen einzelnen DNA-Strang (orange) gewickelt sind.

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Zwei Proteine unterstützen die zellulären replikativen Helicasen dabei, den gesamten Prozess zu starten., Der erste, der als Initiator bekannt ist, bindet an den Ursprung der Replikation und rekrutiert die Helicase an den richtigen Ort. dnaA, das hier gezeigte Initiatorprotein (PDB-Eintrag 3r8f), katalysiert auch die anfängliche Trennung der DNA-Stränge. Es bildet eine lange spiralförmige Anordnung von Untereinheiten und soll zwei verschiedene Aufgaben ausführen. Zunächst wickelt sich die DNA-Doppelhelix um die Außenseite und bildet neben einer speziellen Sequenz im Ursprung, die reich an AT-Base-Paaren ist, eine superhelische Struktur, die somit schwächer gebunden ist als die meisten DNA-Regionen., Dann bindet dnaA an die AT-reiche Region und hilft, die Doppelhelix zu schmelzen, indem einer der Stränge erfasst und verlängert wird, wie in dieser Struktur zu sehen ist.

Erforschung der Struktur

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Ein zweites Protein, ein Helicase-Loader, unterstützt den Initiator und begleitet die replikative DNA-Helicase auf den einzelnen Strang., Die hier gezeigte Struktur (PDB-Eintrag 4m4w ) umfasst DNA-Helicase (blau), einen Helicase-Loader (Magenta) und eine kleine Domäne aus Primase (grün), dem Enzym, das den kurzen RNA-Primer bildet, der die Replikation startet. Diese Struktur mit niedriger Auflösung wurde unter Verwendung von Strukturen mit atomarer Auflösung der einzelnen Komponenten gelöst und zeigt eine evokative Lücke im Ring der Helicase-Untereinheiten, die ein Eintrittsort des einzelnen DNA-Strangs sein kann. Um diese Struktur genauer zu untersuchen, klicken Sie auf das Bild für eine interaktive Jmol.,

Themen zur weiteren Diskussion

1. Mehrere andere Strukturen von Helicasen, die an einzelsträngige DNA gebunden sind, sind im PDB verfügbar, einschließlich der bakteriellen DNA-Helicase-Rep, die als Dimer wirkt (Eintrag 1uaa).
2. dnaA hat eine Domäne, die an doppelsträngige DNA bindet und diese um die Außenseite der dnaA-Baugruppe wickelt. Eine Struktur dieser Domäne, die an doppelsträngige DNA gebunden ist, ist im PDB-Eintrag 1j1v verfügbar.,
3. Die Struktur der Helicase von DnaC ist der Struktur von dnaA bemerkenswert ähnlich und bildet eine ähnliche Helix von Untereinheiten. Sie können das Werkzeug „Strukturen vergleichen“ verwenden, um diese beiden Strukturen in den PDB-Einträgen 3ecc und 3r8f zu überlappen.

Verwandte PDB-101-Ressourcen

• Mehr über DNA Helicase
• Durchsuchen Proteinsynthese

1. 4m4w: B. Liu, W. K. Eliason & T. A., Steitz (2013) Struktur der helicase-helicase loader Komplex zeigt Einblicke in den Mechanismus der bakteriellen primosome Montage. Nature Communications 4: 2495.
2. 4esv: O. Itsathitphaisarn, R. A. Wing, W. K. Eliason, J. Wang & T. Steitz (2012) Die hexameric Helikase DnaB nimmt eine nichtplanare Konformation während der Translokation. Zelle 151, 267-277.
3. P. Soultanas (2012) Be-Mechanismen der ring-helikasen bei der Replikation Herkunft. Molekulare Mikrobiologie 84, 6-16.
4. 3r8f: K. E. Duderstadt, K. Chuang & J. M., Berger (2011) DNA-Dehnung durch bakterielle Initiatoren fördert die Öffnung des Replikationsursprungs. Nature 478, 209-213.

Dezember 2013, David Goodsell

doi:10.2210/rcsb_pdb/mom_2013_12

Über das Molekül des Monats

The RCSB PDB Molekül des Monats von David S. Goodsell (The Scripps Research Institute und der RCSB PDB) präsentiert kurzen Konten auf ausgewählte Moleküle aus der Protein Data Bank., Jede Ausgabe enthält eine Einführung in die Struktur und Funktion des Moleküls, eine Diskussion über die Relevanz des Moleküls für die menschliche Gesundheit und das Wohlergehen sowie Vorschläge, wie Besucher diese Strukturen sehen und auf weitere Details zugreifen können. Mehr