Struktura alfa spirály a funkční význam



alfa šroubovice je nejjednodušší sekundární struktura, kterou protein může přijmout v prostoru podle tuhosti a volnosti rotace vazeb mezi aminokyselinovými zbytky.

Vyznačuje se spirálovým tvarem, ve kterém jsou uspořádány aminokyseliny, které se zdají být uspořádány kolem imaginární podélné osy se skupinami R směrem ven z této oblasti..

Alfa helixy byly poprvé popsány v roce 1951 Paulingem a kolegy, kteří použili dostupná data o interatomových vzdálenostech, úhlech spojení a dalších strukturálních parametrech peptidů a aminokyselin, aby předpověděli nejpravděpodobnější konfigurace, které by řetězce mohly převzít. polypeptidy.

Popis alfa helixu vznikl při hledání všech možných struktur v peptidovém řetězci, které byly stabilizovány vodíkovými vazbami, kde zbytky byly stechiometricky ekvivalentní a konfigurace každého z nich byla planární, jak je indikováno údaji z rezonance peptidových vazeb, které byly k dispozici pro daný den.

Tato sekundární struktura je nejběžnější mezi proteiny a je přijímána jak rozpustnými proteiny, tak integrálními membránovými proteiny. Předpokládá se, že více než 60% proteinů existuje ve formě alfa helixu nebo beta listu.

Index

  • 1 Struktura
  • 2 Funkční význam
    • 2.1 Miosin
    • 2.2 Kolagen
    • 2.3 Keratin
    • 2.4 Hemoglobin
    • 2.5 Proteiny typu "zinkové prsty"
  • 3 Odkazy

Struktura

Obecně platí, že každý závit alfa helixu má průměrně 3,6 aminokyselinových zbytků, což je zhruba ekvivalentní délka 5,4 Á. Úhly a délky rotace se však liší od jednoho proteinu k druhému s přísnou závislostí na aminokyselinové sekvenci primární struktury.

Většina alfa helixů má pravotočivý obrat, ale v současné době je známo, že proteiny s alfa helixy mohou existovat s levotočivými obraty. Podmínkou pro jeden nebo druhý výskyt je, že všechny aminokyseliny jsou ve stejné konfiguraci (L nebo D), protože jsou odpovědné za směr otáčení..

Stabilizace těchto důležitých strukturálních důvodů pro svět bílkovin je dána vodíkovými vazbami. Tyto vazby se vyskytují mezi vodíkovým atomem navázaným na elektronegativní dusík peptidové vazby a elektronegativním karboxylovým kyslíkovým atomem aminokyseliny o čtyři polohy později, v N-koncové oblasti vzhledem k sobě..

Každé otočení spirály je zase spojeno s dalšími vodíkovými vazbami, které jsou zásadní pro dosažení celkové stability molekuly..

Ne všechny peptidy mohou tvořit stabilní alfa helixy. To je dáno vnitřní kapacitou každé aminokyseliny v řetězci za vzniku šroubovice, která přímo souvisí s chemickou a fyzikální povahou jejích substituentů R skupin..

Například při určitém pH může mnoho polárních zbytků získat stejný náboj, takže nemohou být umístěny za sebou ve spirále, protože odpuzování mezi nimi by znamenalo velké zkreslení v něm..

Velikost, tvar a poloha aminokyselin jsou také důležitými determinanty helikální stability. Bez dalšího pokračování, zbytky jako Asn, Ser, Thr a Cys umístěné v těsné blízkosti v sekvenci mohou také negativně ovlivnit konfiguraci alfa helixu.

Stejně tak hydrofobnost a hydrofilnost alfa helikálních segmentů v daném peptidu závisí výhradně na identitě R skupin aminokyselin..

V integrálních membránových proteinech jsou hojné alfa helixy se zbytky silného hydrofobního charakteru, nezbytně nutné pro vložení a konfiguraci segmentů mezi nepolárními zbytky fosfolipidů..

Rozpustné proteiny naopak mají alfa helixy bohaté na polární zbytky, které umožňují lepší interakci s vodným médiem přítomným v cytoplazmě nebo intersticiálních prostorech.

Funkční význam

Motivy alfa helixu mají širokou škálu biologických funkcí. Specifické interakční vzorce mezi helixy hrají rozhodující roli ve funkci, sestavení a oligomeraci jak membránových proteinů, tak rozpustných proteinů.

Tyto domény jsou přítomny v mnoha transkripčních faktorech, důležitých z hlediska regulace genové exprese. Jsou také přítomny v proteinech se strukturní významností a v membránových proteinech, které mají funkce transportu a / nebo přenosu signálů různých druhů.

Zde jsou některé klasické příklady proteinů s alfa helixy:

Myosin

Myosin je ATPáza aktivovaná aktinem, která je zodpovědná za svalovou kontrakci a různé formy buněčné mobility. Jak svalové, tak nesvalové myosiny se skládají ze dvou oblastí nebo globulárních "hlav" spojených dohromady dlouhým spirálovým alfa "ocasem"..

Kolagen

Jedna třetina celkového obsahu bílkovin v lidském těle je reprezentována kolagenem. Je to nejhojnější protein v mimobuněčném prostoru a má charakteristickou charakteristiku strukturálního motivu složeného ze tří paralelních pramenů se šroubovicovou levotočivou konfigurací, které se spojují a tvoří trojitou spirálu ve směru hodinových ručiček..

Keratin

Keratiny jsou skupinou proteinů tvořících vlákna, které jsou produkovány některými epiteliálními buňkami u obratlovců. Jsou hlavní složkou nehtů, vlasů, drápů, skořápky želv, rohů a peří. Část jeho fibrilární struktury tvoří segmenty alfa helixu.

Hemoglobin

Kyslík v krvi je transportován hemoglobinem. Glubinová část tohoto tetramerního proteinu sestává ze dvou identických alfa helixů po 141 zbytcích a dvou beta řetězců po 146 zbytcích..

Proteiny typu "zinkového prstu"

Eukaryotické organismy mají velké množství proteinů zinku a prstů, které pracují pro různé účely: rozpoznávání DNA, balení RNA, transkripční aktivace, regulace apoptózy, skládání proteinů atd. Mnoho proteinů zinkového prstu má jako hlavní složku své struktury alfa helixy a je nezbytné pro jejich funkci.

Odkazy

  1. Aurora, R., Srinivasan, R., & Rose, G. D. (1994). Pravidla pro a-alfa-šroubovice Ukončení pomocí glycinu. Věda, 264(5162), 1126-1130.
  2. Blaber, M., Zhang, X., & Matthews, B. (1993). Strukturní základy sklonu alfa spirály aminokyselin. Věda, 260(1), 1637-1640.
  3. Brennan, R.G., & Matthews, B. W. (1989). Motiv vázající helix-turn-helix DNA. Žurnál biologické chemie, 264(4), 1903-1906.
  4. Eisenberg, D. (2003). Objev strukturálních rysů alfa-helix a beta-listových proteinů, hlavní. Pnas, 100(20), 11207-11210. Huggins, M. L. (1957). Struktura alfa keratinu. Chemie, 43, 204-209.
  5. Klement, W., Willens, R., & Duwez, P. (1960). Struktura myoglobinu. Příroda, 185, 422-427.
  6. Laity, J. H., Lee, B.M., & Wright, P.E. (2001). Proteiny zinkového prstu: Nové pohledy na strukturní a funkční rozmanitost. Aktuální stanovisko ve strukturní biologii, 11(1), 39-46.
  7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Molekulární buněčná biologie (5. vydání). Freeman, W. H. & Company.
  8. Luckey, M. (2008). Membránová strukturní biologie: s biochemickými a biofyzikálními základy. Cambridge University Press. Zdroj: www.cambridge.org/9780521856553
  9. McKay, M. J., Afrose, F., Koeppe, R.E., & Greathouse, D.V. (2018). Tvorba šroubovice a stabilita v membránách. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembranes, 1860(10), 2108-2117.
  10. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehningerovy principy biochemie. Vydání Omega (5. vydání).
  11. Pauling, L., Corey, R. B., & Branson, H. R. (1951). Struktura proteinů: dvě vodíkově vázané helikální konfigurace polypeptidového řetězce. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických, 37, 205-211.
  12. Perutz, M. F. (1978). Struktura hemoglobinu a respirační transport. Vědecký Američan, 239(6), 92-125.
  13. Scholtz, J.M., & Baldwin, R.L. (1992). Mechanismus tvorby alfa-šroubovice pomocí peptidů. Roční přehled biofyziky a biomolekulární struktury, 21(1), 95-118.
  14. Ramena, M. D., & Raines, R. T. (2009). Struktura a stabilita kolagenu. Roční přehled biochemie, 78(1), 929-958.
  15. Subramaniams, A., Jones, W.K., Gulick, J., & Neumannli, J. (1991). Tkáňově specifická regulace promotoru genu těžkého řetězce alfa-myosinu u transgenních myší. Žurnál biologické chemie, 266(36), 24613-24620.
  16. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, M.A. (2016). Keratin: Struktura, mechanické vlastnosti, výskyt v biologických organismech a snaha o bioinspiraci. Pokrok v materiálových vědách. Elsevier Ltd.
  17. Warrick, H.M., & Spudich, J.a. (1987). Struktura a funkce myosinu v pohyblivosti buněk. Roční přehled buněčné biologie, 3, 379-421.
  18. Zhang, S. Q., Kulp, D. W., Schramm, C. A., Mravic, M., Samish, I., & Degrado, W. F. (2015). Interferom helix-helix-helix a rozpustný protein: Podobná geometrie prostřednictvím různých interakcí. Struktura, 23(3), 527-541