Štruktúra Alpha helix a funkčný význam



alfa helix je najjednoduchšia sekundárna štruktúra, ktorú proteín môže prijať v priestore podľa tuhosti a slobody rotácie väzieb medzi aminokyselinovými zvyškami.

Vyznačuje sa špirálovým tvarom, v ktorom sú usporiadané aminokyseliny, ktoré sa zdajú byť usporiadané okolo imaginárnej pozdĺžnej osi so skupinami R smerom von z tejto oblasti..

Alfa helixy boli prvýkrát popísané v roku 1951 Paulingom a kolegami, ktorí použili dostupné údaje o interatomových vzdialenostiach, spojovacích uhloch a ďalších štrukturálnych parametroch peptidov a aminokyselín na predpovedanie najpravdepodobnejších konfigurácií, ktoré by reťazce mohli prevziať. polypeptid.

Opis alfa helixu vznikol pri hľadaní všetkých možných štruktúr v peptidovom reťazci, ktoré boli stabilizované vodíkovými väzbami, kde zvyšky boli stechiometricky ekvivalentné a konfigurácia každého z nich bola planárna, ako je naznačené údajmi z rezonancie peptidových väzieb, ktoré boli k dispozícii pre tento dátum.

Táto sekundárna štruktúra je najčastejšia medzi proteínmi a je prijatá ako rozpustnými proteínmi, tak integrálnymi membránovými proteínmi. Predpokladá sa, že viac ako 60% proteínov existuje vo forme alfa helixu alebo beta listu.

index

  • 1 Štruktúra
  • 2 Funkčný význam
    • 2.1 Miosin
    • 2.2 Kolagén
    • 2.3 Keratín
    • 2.4 Hemoglobín
    • 2.5 Proteíny typu "zinkové prsty"
  • 3 Odkazy

štruktúra

Všeobecne platí, že každý závit alfa helixu má priemerne 3,6 aminokyselinových zvyškov, čo je približne ekvivalentné dĺžke 5,4 Á. Avšak uhly a dĺžky rotácie sa líšia od jedného proteínu k druhému s prísnou závislosťou od aminokyselinovej sekvencie primárnej štruktúry.

Väčšina alfa helixov má pravotočivý obrat, ale v súčasnosti je známe, že proteíny s alfa závitnicami môžu existovať s ľavotočivými otáčkami. Podmienka, aby sa jedna alebo druhá vyskytla, je, že všetky aminokyseliny sú v rovnakej konfigurácii (L alebo D), pretože sú zodpovedné za smer otáčania.

Stabilizácia týchto dôležitých štrukturálnych dôvodov pre proteínový svet je daná vodíkovými väzbami. Tieto väzby sa vyskytujú medzi vodíkovým atómom pripojeným k elektronegatívnemu dusíku peptidovej väzby a elektronegatívnym karboxylovým kyslíkovým atómom aminokyseliny štyri polohy neskôr, v N-koncovej oblasti vzhľadom na seba.

Každé otočenie špirály je zase spojené s nasledujúcimi vodíkovými väzbami, ktoré sú nevyhnutné na dosiahnutie celkovej stability molekuly..

Nie všetky peptidy môžu tvoriť stabilné alfa helixy. To je dané vnútornou schopnosťou každej aminokyseliny v reťazci tvoriť špirály, ktoré priamo súvisia s chemickou a fyzikálnou povahou jej substitučných skupín R..

Napríklad pri určitom pH môžu mnohé polárne zvyšky získať rovnaký náboj, takže nemôžu byť umiestnené za sebou v špirále, pretože odpudzovanie medzi nimi by znamenalo veľké skreslenie v ňom..

Veľkosť, tvar a poloha aminokyselín sú tiež dôležitými determinantmi helikálnej stability. Bez ďalšieho pokračovania, zvyšky ako Asn, Ser, Thr a Cys umiestnené v tesnej blízkosti v sekvencii by tiež mohli mať negatívny vplyv na konfiguráciu alfa helixu.

Rovnakým spôsobom hydrofóbnosť a hydrofilnosť alfa helikálnych segmentov v danom peptide závisí výlučne od identity skupín R aminokyselín..

V integrálnych membránových proteínoch sú hojné alfa helixy so zvyškami silného hydrofóbneho charakteru, ktoré sú nevyhnutne potrebné pre inzerciu a konfiguráciu segmentov medzi nepolárnymi koncovkami fosfolipidov..

Rozpustné proteíny majú naopak alfa helixy bohaté na polárne zvyšky, ktoré umožňujú lepšiu interakciu s vodným médiom prítomným v cytoplazme alebo intersticiálnych priestoroch.

Funkčný význam

Motívy alfa helixu majú široké spektrum biologických funkcií. Špecifické interakčné vzorce medzi závitnicami hrajú rozhodujúcu úlohu vo funkcii, zostavení a oligomerizácii membránových proteínov a rozpustných proteínov.

Tieto domény sú prítomné v mnohých transkripčných faktoroch, dôležitých z hľadiska regulácie génovej expresie. Sú tiež prítomné v proteínoch so štrukturálnym významom a v membránových proteínoch, ktoré majú funkciu transportu a / alebo prenosu signálov rôzneho druhu.

Tu sú niektoré klasické príklady proteínov s alfa helixmi:

myosin

Myozín je ATPáza aktivovaná aktínom, ktorá je zodpovedná za svalovú kontrakciu a rôzne formy bunkovej mobility. Svalové aj svalové myozíny sa skladajú z dvoch oblastí alebo globulárnych "hláv" spojených dlhým špirálovým alfa "chvostom"..

kolagén

Jedna tretina celkového obsahu proteínu v ľudskom tele predstavuje kolagén. Je to najhojnejší proteín v extracelulárnom priestore a má ako charakteristickú charakteristiku štruktúrny motív zložený z troch paralelných prameňov so špirálovitou ľavotočivou konfiguráciou, ktoré sa spoja, aby vytvorili trojitú špirálu v smere hodinových ručičiek..

keratín

Keratíny sú skupinou proteínov vytvárajúcich vlákna, ktoré sú produkované niektorými epitelovými bunkami u stavovcov. Sú hlavnou zložkou nechtov, vlasov, pazúrov, škrupiny korytnačiek, rohov a peria. Časť jeho fibrilárnej štruktúry tvoria segmenty alfa helixu.

hemoglobín

Kyslík v krvi je transportovaný hemoglobínom. Globinová časť tohto tetramérneho proteínu pozostáva z dvoch identických alfa helixov, z ktorých každý má 141 zvyškov, a dvoch beta reťazcov, z ktorých každý má 146 zvyškov..

Proteíny typu "zinkový prst"

Eukaryotické organizmy majú množstvo proteínov zinok-prst, ktoré pracujú na rôzne účely: rozpoznávanie DNA, balenie RNA, aktivácia transkripcie, regulácia apoptózy, skladanie proteínov atď. Mnohé proteíny zinkových prstov majú ako hlavnú súčasť svojej štruktúry alfa helixy a sú nevyhnutné pre ich funkciu.

referencie

  1. Aurora, R., Srinivasan, R., & Rose, G. D. (1994). Pravidlá pre a-alfa-Helix Ukončenie pomocou glycínu. veda, 264(5162), 1126-1130.
  2. Blaber, M., Zhang, X., & Matthews, B. (1993). Štrukturálna báza sklonu alfa helixu aminokyseliny. veda, 260(1), 1637-1640.
  3. Brennan, R.G., & Matthews, B.W. (1989). Väzbový motív helix-turn-helix DNA. Journal of Biological Chemistry, 264(4), 1903-1906.
  4. Eisenberg, D. (2003). Objav štruktúrnych vlastností alfa-helix a beta-listových proteínov, hlavný. PNAS, 100(20), 11207-11210. Huggins, M.L. (1957). Štruktúra alfa keratínu. chémia, 43, 204-209.
  5. Klement, W., Willens, R., & Duwez, P. (1960). Štruktúra myoglobínu. príroda, 185, 422-427.
  6. Laity, J. H., Lee, B.M., & Wright, P.E. (2001). Proteíny zinkových prstov: Nové pohľady na štrukturálnu a funkčnú rozmanitosť. Aktuálne stanovisko k štrukturálnej biológii, 11(1), 39-46.
  7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Molekulárna bunková biológia (5. vydanie). Freeman, W. H. & Company.
  8. Luckey, M. (2008). Membránová štrukturálna biológia: s biochemickými a biofyzikálnymi základmi. Cambridge University Press. Zdroj: www.cambridge.org/9780521856553
  9. McKay, M. J., Afrose, F., Koeppe, R.E., & Greathouse, D.V. (2018). Tvorba špirály a stabilita v membránach. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembranes, 1860(10), 2108-2117.
  10. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehningerove zásady biochémie. Vydania Omega (5. vydanie).
  11. Pauling, L., Corey, R. B., & Branson, H. R. (1951). Štruktúra proteínov: dve vodíkom viazané helikálne konfigurácie polypeptidového reťazca. Zborník Národnej akadémie vied Spojených štátov amerických, 37, 205-211.
  12. Perutz, M. F. (1978). Štruktúra hemoglobínu a respiračný transport. Vedecký Američan, 239(6), 92-125.
  13. Scholtz, J.M., & Baldwin, R.L. (1992). Mechanizmus tvorby alfa-helixov peptidmi. Ročný prehľad biofyziky a biomolekulovej štruktúry, 21(1), 95-118.
  14. Ramená, M. D., & Raines, R. T. (2009). Štruktúra a stabilita kolagénu. Ročný prehľad biochémie, 78(1), 929-958.
  15. Subramaniams, A., Jones, W.K., Gulick, J., & Neumannli, J. (1991). Tkanivovo špecifická regulácia génového promótora ťažkého reťazca alfa-myozínu u transgénnych myší. Journal of Biological Chemistry, 266(36), 24613-24620.
  16. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, M.A. (2016). Keratín: Štruktúra, mechanické vlastnosti, výskyt v biologických organizmoch a snaha o bioinspiráciu. Pokrok v oblasti materiálových vied. Elsevier Ltd.
  17. Warrick, H.M., & Spudich, J. a. (1987). Štruktúra myozínu a funkcia v motilite buniek. Ročný prehľad bunkovej biológie, 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 proteín: podobná geometria prostredníctvom rôznych interakcií. štruktúra, 23(3), 527-541