Struktura helisy alfa i znaczenie funkcjonalne



The helisa alfa jest najprostszą strukturą wtórną, którą białko może przyjąć w przestrzeni zgodnie ze sztywnością i swobodą rotacji wiązań między jej resztami aminokwasowymi.

Charakteryzuje się spiralnym kształtem, w którym rozmieszczone są aminokwasy, które wydają się być rozmieszczone wokół wyimaginowanej osi wzdłużnej z grupami R na zewnątrz tego.

Helisy Alpha zostały po raz pierwszy opisane w 1951 r. Przez Paulinga i jego współpracowników, którzy wykorzystali dostępne dane na temat odległości międzyatomowych, kątów łącza i innych parametrów strukturalnych peptydów i aminokwasów, aby przewidzieć najbardziej prawdopodobne konfiguracje, które mogą przyjąć łańcuchy. polipeptydy.

Opis helisy alfa powstał w wyniku poszukiwania wszystkich możliwych struktur w łańcuchu peptydowym, które były stabilizowane wiązaniami wodorowymi, gdzie reszty były stechiometrycznie równoważne i konfiguracja każdego z nich była planarna, jak wskazują dane z rezonans wiązań peptydowych dostępnych w danym dniu.

Ta drugorzędowa struktura jest najpowszechniejsza wśród białek i jest przyjmowana zarówno przez rozpuszczalne białka, jak i integralne białka błonowe. Uważa się, że ponad 60% białek występuje w postaci helisy alfa lub arkusza beta.

Indeks

  • 1 Struktura
  • 2 Znaczenie funkcjonalne
    • 2.1 Miosyna
    • 2.2 Kolagen
    • 2.3 Keratyna
    • 2.4 Hemoglobina
    • 2.5 Białka typu „palce cynkowe”
  • 3 referencje

Struktura

Na ogół każdy obrót helisy alfa ma średnio 3,6 reszt aminokwasowych, co w przybliżeniu odpowiada długości 5,4 Å. Jednak kąty i długości obrotu różnią się w zależności od białka, ściśle zależąc od sekwencji aminokwasowej struktury podstawowej.

Większość helis alfa ma prawoskrętny zwrot, ale obecnie wiadomo, że białka z helisami alfa mogą istnieć z zakrętami leworęcznymi. Warunkiem wystąpienia jednego lub drugiego jest to, że wszystkie aminokwasy są w tej samej konfiguracji (L lub D), ponieważ są one odpowiedzialne za kierunek obrotu.

Stabilizacja tych ważnych przyczyn strukturalnych dla świata białka jest dana przez wiązania wodorowe. Wiązania te występują pomiędzy atomem wodoru przyłączonym do elektroujemnego azotu wiązania peptydowego i elektroujemnym karboksylowym atomem tlenu aminokwasu cztery pozycje później, w regionie N-końcowym względem siebie.

Z kolei każdy obrót helisy jest połączony z następnym wiązaniami wodorowymi, które mają zasadnicze znaczenie dla osiągnięcia ogólnej stabilności cząsteczki.

Nie wszystkie peptydy mogą tworzyć stabilne helisy alfa. Jest to spowodowane wewnętrzną zdolnością każdego aminokwasu w łańcuchu do tworzenia helis, która jest bezpośrednio związana z chemiczną i fizyczną naturą jego podstawnikowych grup R..

Na przykład, przy pewnym pH wiele reszt polarnych może uzyskać ten sam ładunek, więc nie mogą być zlokalizowane kolejno w helisie, ponieważ odpychanie między nimi oznaczałoby wielkie zniekształcenie..

Wielkość, kształt i położenie aminokwasów są również ważnymi wyznacznikami stabilności spiralnej. Bez pójścia dalej, reszty takie jak Asn, Ser, Thr i Cys umieszczone w bliskim sąsiedztwie sekwencji mogą również mieć negatywny wpływ na konfigurację helisy alfa.

W ten sam sposób, hydrofobowość i hydrofilowość segmentów helikalnych alfa w danym peptydzie zależy wyłącznie od tożsamości grup R aminokwasów.

W integralnych białkach błonowych występują obfite helisy alfa z resztami o silnym charakterze hydrofobowym, ściśle niezbędne do wprowadzenia i konfiguracji segmentów między niepolarnymi ogonami składowych fosfolipidów.

Przeciwnie, rozpuszczalne białka mają helisy alfa bogate w reszty polarne, które umożliwiają lepszą interakcję z ośrodkiem wodnym obecnym w cytoplazmie lub przestrzeniach śródmiąższowych.

Znaczenie funkcjonalne

Motywy helisy alfa mają szeroki zakres funkcji biologicznych. Specyficzne wzorce interakcji między helisami odgrywają kluczową rolę w funkcji, montażu i oligomeryzacji zarówno białek błonowych, jak i rozpuszczalnych białek.

Domeny te są obecne w wielu czynnikach transkrypcyjnych, ważnych z punktu widzenia regulacji ekspresji genów. Są one również obecne w białkach o istotności strukturalnej iw białkach błonowych, które mają funkcje transportu i / lub transmisji sygnałów różnego rodzaju.

Oto kilka klasycznych przykładów białek z alfa helisami:

Myosin

Miozyna jest ATPazą aktywowaną przez aktynę, która jest odpowiedzialna za skurcz mięśni i różne formy mobilności komórek. Zarówno miozyny mięśniowe, jak i niemięśniowe składają się z dwóch regionów lub kulistych „głów” połączonych ze sobą długim helikalnym alfa „ogonem”.

Kolagen

Jedna trzecia całkowitej zawartości białka w organizmie człowieka jest reprezentowana przez kolagen. Jest to najobficiej występujące białko w przestrzeni pozakomórkowej i ma charakterystyczną charakterystykę motywu strukturalnego złożonego z trzech równoległych pasm o spiralnej konfiguracji leworęcznej, które łączą się tworząc potrójną spiralę z kierunkiem zgodnym z ruchem wskazówek zegara.

Keratyna

Keratyny są grupą białek tworzących włókna, które są wytwarzane przez niektóre komórki nabłonkowe u kręgowców. Są głównym składnikiem paznokci, włosów, pazurów, skorupy żółwi, rogów i piór. Część jego struktury włókienkowej tworzy segmenty helisy alfa.

Hemoglobina

Tlen we krwi jest transportowany przez hemoglobinę. Część globinowa tego tetramerycznego białka składa się z dwóch identycznych helis alfa o 141 resztach każda i dwóch łańcuchów beta o 146 resztach każda..

Białka typu „palec cynkowy”

Organizmy eukariotyczne posiadają bogactwo białek palców cynkowych, które działają w różnych celach: rozpoznawanie DNA, pakowanie RNA, aktywacja transkrypcji, regulacja apoptozy, zwijanie białek itp. Wiele białek palca cynkowego ma helisy alfa jako główny składnik ich struktury i są one niezbędne dla ich funkcji.

Referencje

  1. Aurora, R., Srinivasan, R. i Rose, G. D. (1994). Zasady rozwiązania a-alpha-Helix przez Glycine. Nauka, 264(5162), 1126-1130.
  2. Blaber, M., Zhang, X., i Matthews, B. (1993). Strukturalne podstawy skłonności do alfa aminokwasów. Nauka, 260(1), 1637-1640.
  3. Brennan, R. G., i Matthews, B. W. (1989). Motyw wiążący DNA helisy, skrętu i helisy. Journal of Biological Chemistry, 264(4), 1903-1906.
  4. Eisenberg, D. (2003). Odkrycie cechy strukturalne białka alfa-helisy a i arkusza p, prowadzi w. Pnas, 100(20), 11207-11210. Huggins, M. L. (1957). Struktura alfa keratyny. Chemia, 43, 204-209.
  5. Klement W. Willens R. i Duwez, P. (1960). Struktura mioglobiny. Natura, 185, 422-427.
  6. Laity J. H. Lee, B. M. i Wright, P. E. (2001). Białka palca cynkowego: nowe spojrzenie na różnorodność strukturalną i funkcjonalną. Aktualna opinia w biologii strukturalnej, 11(1), 39-46.
  7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Molekularna biologia komórkowa (5 wyd.). Freeman, W. H. & Company.
  8. Luckey, M. (2008). Membranowa biologia strukturalna: z podstawami biochemicznymi i biofizycznymi. Cambridge University Press. Źródło: www.cambridge.org/9780521856553
  9. McKay, M. J., Afrose, F., Koeppe, R. E., i Greathouse, D.V. (2018). Tworzenie się spirali i stabilność w błonach. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembranes, 1860(10), 2108-2117.
  10. Nelson, D. L. i Cox, M. M. (2009). Lehninger Principles of Biochemistry. Edycje Omega (5 wyd.).
  11. Pauling, L., Corey, R. B. i Branson, H. R. (1951). Struktura białek: dwie helikalne konfiguracje wiązań wodorowych łańcucha polipeptydowego. Materiały z Narodowej Akademii Nauk Stanów Zjednoczonych Ameryki, 37, 205-211.
  12. Perutz, M. F. (1978). Struktura hemoglobiny i transport oddechowy. Scientific American, 239(6), 92-125.
  13. Scholtz, J. M., i Baldwin, R. L. (1992). Mechanizm tworzenia alfa-helisy przez peptydy. Doroczny przegląd biofizyki i struktury biomolekularnej, 21(1), 95-118.
  14. Shoulders, M. D. i Raines, R. T. (2009). Struktura i stabilność kolagenu. Roczny przegląd biochemii, 78(1), 929-958.
  15. Subramaniams, A., Jones, W.K., Gulick, J. i Neumannli, J. (1991). Specyficzna tkankowo regulacja promotora genu łańcucha ciężkiego alfa-miozyny u myszy transgenicznych. The Journal of Biological Chemistry, 266(36), 24613-24620.
  16. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., i Meyers, M.A. (2016). Keratyna: struktura, właściwości mechaniczne, występowanie w organizmach biologicznych i wysiłki w zakresie bioinspiracji. Postęp w nauce o materiałach. Elsevier Ltd.
  17. Warrick, H. M. i Spudich, J. a. (1987). Struktura i funkcja miozyny w ruchliwości komórek. Doroczny przegląd biologii komórki, 3, 379-421.
  18. Zhang, S. Q., Kulp, D. W., Schramm, C. A., Mravic, M., Samish, I., i Degrado, W. F. (2015). Interaktywna helisa-helisa-białko błonowe i rozpuszczalne: podobna geometria poprzez różne interakcje. Struktura, 23(3), 527-541