Struktura alfa heliksa i funkcionalna važnost



alfa heliks je najjednostavnija sekundarna struktura koju protein može usvojiti u prostoru u skladu s krutošću i slobodom rotacije veza između njenih aminokiselinskih ostataka.

Karakteriziran je spiralnim oblikom u kojem su smještene aminokiseline, koje su, čini se, raspoređene oko imaginarne uzdužne osi s R skupinama izvan toga.

Alfa helices su prvi put opisali 1951. Pauling i njegovi kolege, koji su koristili dostupne podatke o međatomatskim udaljenostima, kutovima povezivanja i drugim strukturnim parametrima peptida i aminokiselina kako bi predvidjeli najvjerojatnije konfiguracije koje bi lanci mogli pretpostaviti. polipeptid.

Opis alfa heliksa nastao je iz potrage za svim mogućim strukturama u peptidnom lancu koje su stabilizirane vodikovim vezama, gdje su ostaci bili stehiometrijski ekvivalentni i konfiguracija svakog od njih bila je planarna, kao što pokazuju podaci iz rezonancije peptidnih veza koje su bile dostupne za taj datum.

Ova sekundarna struktura je najčešća među proteinima, a usvajaju je i topljivi proteini i integralni membranski proteini. Vjeruje se da više od 60% proteina postoji u obliku alfa heliksa ili beta lista.

indeks

  • 1 Struktura
  • 2 Funkcionalna važnost
    • 2.1 Miosin
    • 2.2 Kolagen
    • 2.3 Keratin
    • 2.4 Hemoglobin
    • 2.5 Proteini tipa "prsti cinka"
  • 3 Reference

struktura

Općenito, svaki red alfa heliksa ima prosječno 3,6 aminokiselinskih ostataka, što je približno ekvivalentno dužini od 5,4 in. Međutim, kutovi i duljine rotacije variraju od jednog proteina do drugog uz strogu ovisnost o aminokiselinskom slijedu primarne strukture.

Većina alfa heliksa ima skretanje na desnu stranu, ali sada je poznato da proteini s alfa heliksom mogu postojati s lijevim okretima. Uvjet za pojavu jednog ili drugog je da su sve aminokiseline u istoj konfiguraciji (L ili D), budući da su odgovorne za smjer okretanja.

Stabilizacija ovih važnih strukturalnih razloga za svijet proteina se daje vodikovim vezama. Ove veze nastaju između atoma vodika vezanog za elektronegativni dušik peptidne veze i elektronegativnog karboksilnog atoma kisika aminokiseline četiri pozicije kasnije, u N-terminalnom području u odnosu na sebe.

Svaki obrat heliksa, s druge strane, povezan je sa sljedećim vodikovim vezama, koje su temeljne za postizanje ukupne stabilnosti molekule..

Ne mogu svi peptidi oblikovati stabilne alfa spirale. To je dano intrinzičnom sposobnošću svake aminokiseline u lancu da formira spirale, što je izravno povezano s kemijskom i fizičkom prirodom njegovih R skupina supstituenata..

Primjerice, kod određenog pH mnogi polarni ostaci mogu dobiti isti naboj, tako da se ne mogu smjestiti uzastopno u spiralu jer bi odbijanje između njih značilo veliku distorziju u njoj..

Veličina, oblik i položaj aminokiselina također su važne odrednice spiralne stabilnosti. Bez odlaska dalje, ostaci kao što su Asn, Ser, Thr i Cys smješteni u neposrednoj blizini unutar sekvence također mogu imati negativan učinak na konfiguraciju alfa heliksa.

Na isti način, hidrofobnost i hidrofilnost alfa heliksnih segmenata u danom peptidu ovisi isključivo o identitetu R grupa amino kiselina.

U integralnim membranskim proteinima postoje brojni alfa heliksi s ostacima jakog hidrofobnog karaktera, strogo potrebnim za umetanje i konfiguraciju segmenata između apolarnih repova sastavnih fosfolipida.

Suprotno tome, topljivi proteini imaju alfa helike bogate polarnim ostacima, što omogućuje bolju interakciju s vodenim medijem prisutnim u citoplazmi ili međuprostornim prostorima.

Funkcionalna važnost

Motivi alfa heliksa imaju širok raspon bioloških funkcija. Specifični obrasci interakcije između heliksa igraju ključnu ulogu u funkciji, sastavljanju i oligomerizaciji membranskih proteina i topljivih proteina.

Ove domene su prisutne u mnogim transkripcijskim faktorima, važnim sa stajališta regulacije ekspresije gena. Oni su također prisutni u proteinima sa strukturalnom važnošću i membranskim proteinima koji imaju funkcije prijenosa i / ili prijenosa signala različitih vrsta.

Evo nekih klasičnih primjera proteina s alfa heliksima:

miozin

Myosin je ATPaza aktivirana aktinom koji je odgovoran za kontrakcije mišića i razne oblike mobilnosti stanica. I mišićni i ne-mišićni miozini sastoje se od dvije regije ili kuglastih "glava" povezanih dugim spiralnim alfa "repom".

kolagen

Jedna trećina ukupnog proteina u ljudskom tijelu predstavlja kolagen. To je najzastupljeniji protein u izvanstaničnom prostoru i ima karakterističnu karakteristiku strukturni motiv sastavljen od tri paralelna lanca sa spiralnom lijevom konfiguracijom, koji se spajaju u obliku trostruke spirale u smjeru kazaljke na satu.

keratin

Keratini su skupina proteina koji tvore filamente koje proizvode neke epitelne stanice u kralježnjaka. Oni su glavna komponenta noktiju, kose, kandži, ljuske kornjača, rogova i perja. Dio njegove fibrilarne strukture čine segmenti alfa heliksa.

hemoglobin

Kisik u krvi se transportira hemoglobinom. Globinski dio ovog tetramernog proteina sastoji se od dva identična alfa heliksa od 141 ostatka svaki, i dva beta lanca od po 146 ostataka..

Proteini tipa "cinkov prst"

Eukariotski organizmi posjeduju bogatstvo cink-prst proteina, koji djeluju u različite svrhe: prepoznavanje DNA, RNA pakiranje, transkripcijska aktivacija, regulacija apoptoze, preklapanje proteina, itd. Mnogi proteini prstiju cinka posjeduju alfa spirale kao glavnu komponentu njihove strukture i neophodni su za njihovu funkciju.

reference

  1. Aurora, R., Srinivasan, R., & Rose, G.D. (1994). Pravila za prestanak a-alfa-heliksa pomoću glicina. znanost, 264(5162), 1126-1130.
  2. Blaber, M., Zhang, X., i Matthews, B. (1993). Strukturna osnova sklonosti alfa heliksa amino kiseline. znanost, 260(1), 1637-1640.
  3. Brennan, R. G., i Matthews, B.W. (1989). Vezivni motiv helix-turn-helix DNA. Časopis za biološku kemiju, 264(4), 1903-1906.
  4. Eisenberg, D. (2003). Otkriće strukturnih značajki alfa-heliksa i proteina beta-lima, glavne. PNAS, 100(20), 11207-11210. Huggins, M. L. (1957). Struktura alfa keratina. kemija, 43, 204-209.
  5. Klement, W., Willens, R., i Duwez, P. (1960). Struktura mioglobina. priroda, 185, 422-427.
  6. Laity, J.H., Lee, B.M. & Wright, P.E. (2001). Cink prsteni proteini: novi uvid u strukturnu i funkcionalnu raznolikost. Aktualno mišljenje u strukturalnoj biologiji, 11(1), 39-46.
  7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Molekularna stanična biologija (5. izd.). Freeman, W. H. & Company.
  8. Luckey, M. (2008). Strukturna biologija membrane: s biokemijskim i biofizičkim temeljima. Cambridge University Press. Preuzeto s www.cambridge.org/9780521856553
  9. McKay, M.J., Afrose, F., Koeppe, R.E., & Greathouse, D.V. (2018). Nastanak spirale i stabilnost u membranama. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembrane, 1860(10), 2108-2117.
  10. Nelson, D.L., & Cox, M. M. (2009). Lehningerova načela biokemije. Omega izdanja (5. izdanje).
  11. Pauling, L., Corey, R. B., & Branson, H. R. (1951). Struktura proteina: dvije spiralne konfiguracije polipeptidnog lanca povezane s vodikom. Zbornik radova Nacionalne akademije znanosti Sjedinjenih Američkih Država, 37, 205-211.
  12. Perutz, M.F. (1978). Struktura hemoglobina i respiratorni transport. Scientific American, 239(6), 92-125.
  13. Scholtz, J.M., & Baldwin, R.L. (1992). Mehanizam formiranja alfa-spirale peptidima. Godišnji pregled biofizike i biomolekularne strukture, 21(1), 95-118.
  14. Shoulders, M.D., & Raines, R.T. (2009). Struktura kolagena i stabilnost. Godišnji pregled biokemije, 78(1), 929-958.
  15. Subramaniams, A., Jones, W.K., Gulick, J., & Neumannli, J. (1991). Tkivo-specifična regulacija genskog promotora teškog lanca alfa-miozina u transgeničnim miševima. Časopis za biološku kemiju, 266(36), 24613-24620.
  16. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., i Meyers, M.A. (2016). Keratin: Struktura, mehanička svojstva, pojava u biološkim organizmima i napori u bioinšpatiji. Napredak u znanosti o materijalima. Elsevier Ltd.
  17. Warrick, H. M., & Spudich, J. a. (1987). Struktura i funkcija miozina u pokretljivosti stanica. Godišnji pregled biologije stanica, 3, 379-421.
  18. Zhang, S. Q., Kulp, D.W., Schramm, C.A., Mravic, M., Samish, I., & Degrado, W.F. (2015). Interaktivna membrana i topljivi-proteinski helix-helix: slična geometrija kroz različite interakcije. struktura, 23(3), 527-541