Alfa-helix-rakenne ja toiminnallinen merkitys



alfa-heliksi on yksinkertaisin sekundäärirakenne, jota proteiini voi ottaa avaruudessa sen aminohappotähteiden välisten sidosten jäykkyyden ja kierto- vapauden mukaan.

Sille on tunnusomaista spiraalimuoto, jossa aminohapot on järjestetty ja jotka näyttävät järjestyneen kuvitteellisen pitkittäisakselin ympärille R-ryhmien kanssa tämän ulkopuolelle..

Alping-heliksit kuvattiin ensimmäisen kerran vuonna 1951 Pauling ja kollegansa, jotka käyttivät käytettävissä olevia tietoja peptidien ja aminohappojen interatomista etäisyyksistä, linkkikulmista ja muista rakenteellisista parametreista ennustamaan todennäköisimpiä kokoonpanoja, joita ketjut voisivat olettaa. polypeptidiä.

Alfa-helixin kuvaus syntyi kaikkien mahdollisten rakenteiden etsimisestä peptidiketjussa, jotka stabiloitiin vety- sidoksilla, joissa tähteet olivat stökiometrisesti ekvivalentteja ja kunkin konfiguraatio oli tasomainen, kuten osoitettiin datasta. päivämäärän käytettävissä olevien peptidisidosten resonanssi.

Tämä sekundäärirakenne on yleisin proteiinien joukossa, ja sen hyväksyvät sekä liukoiset proteiinit että integroidut membraaniproteiinit. Uskotaan, että yli 60% proteiineista on alfa-heliksin tai beeta-arkin muodossa.

indeksi

  • 1 Rakenne
  • 2 Toiminnallinen merkitys
    • 2.1 Miosiini
    • 2.2 Kollageeni
    • 2.3 Keratiini
    • 2.4 Hemoglobiini
    • 2.5 "Sinkkisormien" proteiinit
  • 3 Viitteet

rakenne

Yleensä jokaisessa alfa-heliksin kierrossa on keskimäärin 3,6 aminohappotähdettä, mikä vastaa noin 5,4 Å: n pituutta. Kulmat ja pyörimispituudet vaihtelevat kuitenkin proteiinista toiseen ankarasti riippuen primäärirakenteen aminohapposekvenssistä.

Useimmilla alfa-heliksilla on oikea käsi, mutta tällä hetkellä tiedetään, että proteiinit, joilla on alfa-heliksit, voivat esiintyä vasenkätisillä käänteillä. Yksi tai toinen edellytys on, että kaikki aminohapot ovat samassa konfiguraatiossa (L tai D), koska ne ovat vastuussa käänteen suunnasta.

Näiden tärkeiden rakenteellisten syiden vakauttaminen proteiinimaailmassa saadaan vety- sidoksista. Nämä sidokset esiintyvät peptidisidoksen elektronegatiiviseen typpeen kiinnittyneen vetyatomin ja aminohapon elektronegatiivisen karboksyylihapon välillä neljän aseman myöhemmin N-terminaalisella alueella itsensä suhteen..

Jokainen kierre kääntyy vuorostaan ​​seuraavaan vetysidoksilla, jotka ovat olennaisia ​​molekyylin yleisen vakauden saavuttamiseksi..

Kaikki peptidit eivät voi muodostaa stabiileja alfa-heliksejä. Tämä annetaan kunkin ketjun aminohapon sisäisen kapasiteetin muodostamiseksi heliksien muodostamiseksi, joka liittyy suoraan sen substituentin R-ryhmien kemialliseen ja fysikaaliseen luonteeseen..

Esimerkiksi tietyssä pH: ssa monet polaariset jäännökset voivat saada saman varauksen, joten niitä ei voida sijoittaa peräkkäin kierteeseen, koska niiden välinen vastenmielisyys merkitsisi suurta vääristymää siinä..

Aminohappojen koko, muoto ja sijainti ovat myös tärkeitä helikaaliselle stabiilisuudelle. Jatkamatta pidemmälle sekvenssin läheisyyteen sijoitetut tähteet, kuten Asn, Ser, Thr ja Cys, voivat myös vaikuttaa negatiivisesti alfa-heliksin kokoonpanoon.

Samalla tavalla tietyn peptidin alfa-kierteisten segmenttien hydrofobisuus ja hydrofiilisuus riippuvat yksinomaan aminohappojen R-ryhmien identiteetistä.

Integroiduissa membraaniproteiineissa on runsaasti alfa-heliksejä, joilla on vahvat hydrofobiset merkit, jotka ovat ehdottoman välttämättömiä segmenttien väliin sijoittamiseksi ja konfiguroimiseksi ainesosien fosfolipidien apolaaristen hännöiden välillä.

Liukoisilla proteiineilla päinvastoin on alfa-heliksit, joissa on runsaasti polaarisia tähteitä, jotka mahdollistavat paremman vuorovaikutuksen sytoplasmassa tai interstitiaalisissa tiloissa olevan vesipitoisen väliaineen kanssa.

Toiminnallinen merkitys

Alfa-helix-motiiveilla on laaja valikoima biologisia toimintoja. Spesifiset vuorovaikutusmallit helikoiden välillä ovat ratkaisevassa asemassa molempien membraaniproteiinien ja liukoisten proteiinien toiminnassa, kokoonpanossa ja oligomeroinnissa.

Nämä domeenit ovat läsnä monissa transkriptiotekijöissä, jotka ovat tärkeitä geeniekspression säätelyn kannalta. Ne ovat läsnä myös proteiineissa, joilla on rakenteellinen merkitys, ja kalvoproteiineissa, joilla on eri tyyppisten signaalien kuljetus- ja / tai lähetystoimintoja.

Seuraavassa on joitakin klassisia esimerkkejä proteiineista, joilla on alfa-heliksit:

myosiinin

Myosiini on aktinin aktivoimaa ATPaasia, joka vastaa lihasten supistumisesta ja erilaisista solujen liikkuvuuden muodoista. Sekä lihaksen että ei-lihaksen myosiinit koostuvat kahdesta alueesta tai pallomaisista "päistä", jotka on liitetty toisiinsa pitkällä helikaalisella alfa-hännällä..

kollageeni

Kolmanneksi ihmisen kehon proteiinipitoisuudesta edustaa kollageeni. Se on ekstrasellulaarisen tilan eniten valkuainen ja sillä on erottuva ominaisuus rakenteellinen motiivi, joka koostuu kolmesta rinnakkaisesta säikeestä, joissa on kierteinen vasemmanpuoleinen konfiguraatio, jotka yhdistyvät muodostamaan kolminkertaisen heliksin myötäpäivään.

keratiini

Keratiinit ovat ryhmä hehkulankaisia ​​proteiineja, joita jotkut epiteelisolut tuottavat selkärankaisilla. Ne ovat kynsien, hiusten, kynsien, kilpikonnien kuoren, sarvien ja sulkien pääkomponentti. Osa sen fibrillaarisesta rakenteesta muodostuu alfa-heliksisegmenteistä.

hemoglobiini

Veressä oleva happi kuljetetaan hemoglobiinilla. Tämän tetrameerisen proteiinin globiiniosa koostuu kahdesta identtisestä 141 jäännöksen alfa-heliksistä ja kahdesta beta-ketjusta, joissa on 146 tähteitä..

"Sinkkisormiset" proteiinit

Eukaryoottisilla organismeilla on runsaasti sinkkisormiproteiineja, jotka toimivat eri tarkoituksiin: DNA: n tunnistaminen, RNA-pakkaus, transkription aktivointi, apoptoosin säätely, proteiinin taittuminen jne. Monilla sinkkisormiproteiineilla on alfa-heliksit niiden rakenteen pääkomponenttina ja ne ovat välttämättömiä niiden toiminnalle.

viittaukset

  1. Aurora, R., Srinivasan, R., & Rose, G. D. (1994). Glysiinin a-alfa-Helix-lopettamista koskevat säännöt. tiede, 264(5162), 1126-1130.
  2. Blaber, M., Zhang, X. & Matthews, B. (1993). Aminohappo-alfa-heliksin taipumuksen rakenteellinen perusta. tiede, 260(1), 1637-1640.
  3. Brennan, R. G., & Matthews, B. W. (1989). Helix-turn-helix DNA: ta sitova motiivi. Journal of Biological Chemistry, 264(4), 1903 - 1906.
  4. Eisenberg, D. (2003). Alfa-helix- ja beeta-arkin proteiinien rakenteellisten piirteiden löytäminen. PNAS, 100(20), 11207-11210. Huggins, M. L. (1957). Alfa-keratiinin rakenne. kemia, 43, 204-209.
  5. Klement, W., Willens, R., & Duwez, P. (1960). Myoglobiinin rakenne. luonto, 185, 422-427.
  6. Laity, J. H., Lee, B. M., ja Wright, P. E. (2001). Sinkkisormiproteiinit: Uudet käsitykset rakenteellisesta ja toiminnallisesta monimuotoisuudesta. Nykyinen lausunto rakennebiologiassa, 11(1), 39-46.
  7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Molekyylisolubiologia (5. painos). Freeman, W. H. & Company.
  8. Luckey, M. (2008). Kalvorakenteinen biologia: biokemiallisten ja biofysikaalisten perustojen kanssa. Cambridge University Press. Haettu osoitteesta www.cambridge.org/9780521856553
  9. McKay, M. J., Afrose, F., Koeppe, R. E., & Greathouse, D.V. (2018). Helixin muodostuminen ja stabiilisuus kalvoissa. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembraanit, 1860(10), 2108-2117.
  10. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehningerin biokemian periaatteet. Omega-versiot (5. painos).
  11. Pauling, L., Corey, R. B. ja Branson, H. R. (1951). Proteiinien rakenne: kaksi polypeptidiketjun vetysidottua kierukkakokoonpanoa. Amerikan yhdysvaltojen kansallinen tiedeakatemia, 37, 205-211.
  12. Perutz, M. F. (1978). Hemoglobiinirakenne ja hengitystiet. Scientific American, 239(6), 92 - 125.
  13. Scholtz, J. M., & Baldwin, R. L. (1992). Peptidien alfa-heliksin muodostumisen mekanismi. Biofysiikan ja biomolekyylirakenteen vuosikatsaus, 21(1), 95 - 118.
  14. Olkapäät, M. D., & Raines, R. T. (2009). Kollageenin rakenne ja vakaus. Biokemian vuosikatsaus, 78(1), 929 - 958.
  15. Subramaniams, A., Jones, W.K., Gulick, J., & Neumannli, J. (1991). Alfa-Myosin-raskasketjun geenipromoottorin kudoskohtainen säätely siirtogeenisissä hiirissä. Journal of Biological Chemistry, 266(36), 24613-24620.
  16. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, M.A. (2016). Keratiini: Rakenne, mekaaniset ominaisuudet, esiintyminen biologisissa organismeissa ja pyrkimykset biohajoamiseen. Materiaalitieteen edistyminen. Elsevier Oy.
  17. Warrick, H. M., & Spudich, J. a. (1987). Myosiinin rakenne ja toiminta solun liikkuvuudessa. Solubiologian vuosikatsaus, 3, 379-421.
  18. Zhang, S. Q., Kulp, D. W., Schramm, C. A., Mravic, M., Samish, I., & Degrado, W. F. (2015). Kalvon ja liukoisen proteiinin helix-helix interactome: Samankaltainen geometria eri vuorovaikutusten kautta. rakenne, 23(3), 527-541