Une hélicase est une enzyme qui décompresse les brins joints d’acide désoxyribonucléique (ADN) ou d’acide ribonucléique (ARN). Il se déplace généralement dans une direction vers le bas d’une molécule d’ADN double brin ou d’une molécule d’ARN auto-liée, brisant les liaisons hydrogène entre les paires de bases de nucléotides complémentaires. Les enzymes hélicases sont importantes pour les processus cellulaires de réplication et de réparation de l’ADN, la transcription de l’ADN en ARN, la traduction des protéines et la création de ribosomes.
Il existe de nombreux types d’enzymes hélicases, dont 24 hélicases différentes dans le corps humain. Chacun a une structure et un mode de fonctionnement légèrement différents. Certains fonctionnent comme des monomères ou des enzymes à unité unique, tandis que d’autres forment des dimères ou même des hexamères, combinant plusieurs sous-unités protéiques pour une fonction optimale. Toutes les hélicases partagent au moins un certain degré de similitude dans leur séquence d’acides aminés, et on pense que ces zones similaires sont impliquées dans la liaison du brin d’ADN ou d’ARN ou la liaison et l’hydrolyse de l’adénosine triphosphate (ATP). Ces motifs de séquence communs ont aidé à la classification des hélicases en cinq grandes familles.
La fonction d’une hélicase varie en fonction de sa structure spécifique et de sa technique de déroulement. Certains sont actifs, utilisant l’ATP pour dérouler les brins, tandis que d’autres sont passifs et ne nécessitent pas d’énergie pour fonctionner. Étant donné que les molécules d’ADN et d’ARN se combinent et restent connectées par des liaisons hydrogène, de nombreuses hélicases utiliseront des molécules d’ATP pour rompre activement ces liaisons. Ces enzymes auront un site de liaison à l’ATP qui leur permettra d’hydrolyser l’ATP pour obtenir l’énergie nécessaire à la rupture des liaisons hydrogène. La dégradation de l’ATP propulsera souvent l’enzyme le long du brin d’ADN ou d’ARN, rendant son mouvement unidirectionnel et lui permettant d’empêcher la recombinaison des brins récemment séparés.
D’autres enzymes hélicase n’utilisent pas de méthodes énergétiques actives pour séparer les paires de bases nucléotidiques. Au lieu de cela, ils se fixent aux brins d’ADN ou d’ARN et attendent que les fluctuations énergétiques locales et les changements de mouvement déforment partiellement les brins. Ils se déplacent ensuite et se lient dans l’espace nouvellement formé, empêchant les brins de se rejoindre. Ce mécanisme est généralement plus lent, car il dépend du hasard et des mouvements aléatoires pour le déroulement, plutôt que d’un mécanisme direct et contrôlé.
Certaines enzymes ARN hélicase utiliseront un mécanisme différent pour se lier et se dérouler. Alors que de nombreuses hélicases à ARN agissent d’une manière similaire à l’hélicase à ADN, d’autres se lieront à un segment simple brin d’ARN et nécessiteront également une liaison à l’ATP. Ces hélicases n’hydrolysent pas réellement l’ATP et n’en tirent pas d’énergie, mais l’ATP est nécessaire pour un changement de forme qui activera l’enzyme.