Eine Helikase ist ein Enzym, das verbundene Stränge von Desoxyribonukleinsäure (DNA) oder Ribonukleinsäure (RNA) entpackt. Es bewegt sich normalerweise in eine Richtung entlang eines doppelsträngigen DNA-Moleküls oder eines selbstgebundenen RNA-Moleküls und bricht die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den komplementären Nukleotidbasenpaaren. Helikaseenzyme sind wichtig für die zellulären Prozesse der DNA-Replikation und -Reparatur, die Transkription von DNA in RNA, die Proteintranslation und die Bildung von Ribosomen.
Es gibt viele verschiedene Arten von Helikaseenzymen, darunter 24 verschiedene Helikasen im menschlichen Körper. Jeder hat eine etwas andere Struktur und Funktionsweise. Einige arbeiten als Monomere oder Einzelenzyme, während andere Dimere oder sogar Hexamere bilden und mehrere Proteinuntereinheiten für eine optimale Funktion kombinieren. Alle Helikasen teilen zumindest einen gewissen Grad an Ähnlichkeit in ihrer Aminosäuresequenz, und es wird angenommen, dass diese ähnlichen Bereiche an der Bindung des DNA- oder RNA-Strangs oder der Bindung und Hydrolyse von Adenosintriphosphat (ATP) beteiligt sind. Diese gemeinsamen Sequenzmotive haben bei der Klassifizierung von Helikasen in fünf Hauptfamilien geholfen.
Die Funktion einer Helikase variiert je nach ihrer spezifischen Struktur und Technik zum Abwickeln. Einige sind aktiv und verwenden ATP, um die Stränge abzuwickeln, während andere passiv sind und keine Energie benötigen, um zu funktionieren. Da sich DNA- und RNA-Moleküle verbinden und durch Wasserstoffbrücken verbunden bleiben, verwenden viele Helikasen ATP-Moleküle, um diese Bindungen aktiv zu brechen. Diese Enzyme haben eine ATP-Bindungsstelle, die es ihnen ermöglicht, ATP zu hydrolysieren, um die Energie zu gewinnen, die zum Aufbrechen der Wasserstoffbrückenbindungen benötigt wird. Der Abbau von ATP wird das Enzym oft den DNA- oder RNA-Strang hinuntertreiben, wodurch seine Bewegung in eine Richtung erfolgt und es ihm ermöglicht, die Rekombination der kürzlich getrennten Stränge zu verhindern.
Andere Helikaseenzyme verwenden keine aktiven energetischen Verfahren, um die Nukleotidbasenpaare zu trennen. Stattdessen heften sie sich an die DNA- oder RNA-Stränge und warten, bis lokale Energiefluktuationen und Bewegungsänderungen die Stränge teilweise auseinanderdrehen. Sie verlagern sich dann und binden sich in der neu gebildeten Lücke und verhindern, dass sich die Stränge wieder verbinden. Dieser Mechanismus ist im Allgemeinen langsamer, da er eher von Zufall und zufälligen Bewegungen zum Abwickeln abhängt als von einem direkten, kontrollierten Mechanismus.
Einige RNA-Helikase-Enzyme verwenden einen anderen Mechanismus zum Binden und Abwickeln. Während viele RNA-Helikasen ähnlich wie DNA-Helikasen wirken, binden andere an ein einzelsträngiges RNA-Segment und erfordern auch eine ATP-Bindung. Diese Helikasen werden das ATP nicht wirklich hydrolysieren oder daraus Energie gewinnen, aber das ATP ist für eine Formänderung notwendig, die das Enzym aktiviert.