Helmichs Biologie-Lexikon

Helicase

Vorkommen, Bedeutung

DNA-Helicasen sind Enzyme, die zur Entwindung der DNA dienen. Sie kommen in Pro- und Eukaryoten und sogar in Viren vor, also überall dort, wo doppelsträngige DNA in einsträngige DNA überführt werden muss. Das ist beispielsweise bei der DNA-Replikation, DNA-Rekombination oder der DNA-Reparatur notwendig, aber auch bei der Transkription der DNA.

RNA-Helicasen spielen eine wichtige Rolle bei der Entwindung von RNA-Haarnadelschleifen oder sonstigen Basenpaarungen innerhalb eines einsträngigen RNA-Moleküls. Sie helfen bei der RNA-Prozessierung (Spleißen, Bildung ribosomaler Untereinheiten) und beim Abbau von RNA.

Geschichtliches

Als H. Hoffmann-Berling die Helicasen 1976 in Escherichia coli entdeckte [3], wusste man noch nichts Näheres über ihre eigentliche Funktion bei der DNA-Replikation. Man stellte nur fest, dass sie in der Lage sind, ATP zu spalten, wenn sie an eine einzelsträngige DNA gebunden sind [1].

Struktur

Die wohl bekannteste und am besten erforrschte DNA-Helicase ist das DnaB-Protein aus Echerichia coli. Diese Helicase ist ein Hexamer, besteht also aus sechs gleichen Protein-Untereinheiten.

Arbeitsweise

Eine DNA-Helicase bindet zunächst an einen Einzelstrang der DNA und bewegt sich dann unter ATP-Verbrauch in 5' → 3'-Richtung, bis sie auf einen doppelsträngigen DNA-Bereich stößt.

Arbeitsweise einer DNA-Helicase bei der Replikation der DNA
Autor: Ulrich Helmich 2021, Lizenz: siehe Seitenende

Dann läuft sie auf ihrem Strang weiter und bricht dabei die H-Brücken zwischen den komplementären Basen des Doppelstrangs auf. Das entspricht ungefähr dem Öffnen eines Reißverschlusses. Das Aufbrechen der H-Brücken ist ein energieaufwändiger Prozess, der ebenfalls durch ATP angetrieben wird. Ein Helicase-Molekül schafft es, ca. 1000 Nucleotidpaare pro Sekunde zu spalten [1]. Vesuchen Sie das mal mit einem Reißverschluss!

Quellen, die über allgemeines Schulbuchwissen hinausgehen:

  1. Alberts, Bruce et al. Molekularbiologie der Zelle, 6. Auflage, Weinheim 2017.
  2. Jochen Graw: Genetik, 7. Auflage, Springer Spektrum, Berlin 2021.
  3. Rolf Knippers: Molekulare Genetik, 9. Auflage, Thieme-Verlag Stuttgart 2006.