Struktura alfa heliksa in funkcionalni pomen



The alfa helix je najpreprostejša sekundarna struktura, ki jo protein lahko sprejme v prostoru v skladu s togostjo in svobodo vrtenja vezi med njenimi aminokislinskimi ostanki.

Zanj je značilna spiralna oblika, v kateri so razporejene aminokisline, ki se zdi, da so razporejene okoli imaginarne vzdolžne osi z R skupinami zunaj tega..

Alfa helices so leta 1951 prvič opisali Pauling in njegovi kolegi, ki so uporabili razpoložljive podatke o medatomskih razdaljah, kotih povezav in drugih strukturnih parametrih peptidov in aminokislin, da bi predvideli najverjetnejše konfiguracije, ki bi jih verige lahko prevzele. polipeptidov.

Opis alfa heliksa je nastal iz iskanja vseh možnih struktur v peptidni verigi, ki so bile stabilizirane z vodikovimi vezmi, kjer so bili ostanki stehiometrično enakovredni in konfiguracija vsakega je bila planarna, kar kažejo podatki iz resonanca peptidnih vezi, ki so bile na voljo za datum.

Ta sekundarna struktura je najpogostejša med beljakovinami in jo sprejmejo tako topni proteini kot celostni membranski proteini. Menijo, da več kot 60% proteinov obstaja v obliki alfa heliksa ali beta lista.

Indeks

  • 1 Struktura
  • 2 Funkcionalni pomen
    • 2.1 Miosin
    • 2.2 Kolagen
    • 2.3 Keratin
    • 2.4 Hemoglobin
    • 2.5 Proteini tipa "cinkovi prsti"
  • 3 Reference

Struktura

Na splošno ima vsak obrat alfa vijačnice povprečje 3,6 aminokislinskih ostankov, kar je približno enako dolžini 5,4 Å. Toda koti in dolžine vrtenja se razlikujejo od enega proteina do drugega s strogo odvisnostjo od aminokislinskega zaporedja primarne strukture.

Večina alfa helikov ima desničarski zavoj, toda trenutno je znano, da lahko beljakovine z alfa heliki obstajajo z levičarskimi zavoji. Pogoj za nastanek enega ali drugega je, da so vse aminokisline v isti konfiguraciji (L ali D), ker so odgovorne za smer vrtenja.

Stabilizacijo teh pomembnih strukturnih razlogov za beljakovinski svet dajo vodikove vezi. Te vezi se pojavijo med atomom vodika, ki je vezan na elektronegativni dušik peptidne vezi, in elektronegativnim karboksilnim kisikovim atomom aminokisline pozneje, v N-terminalni regiji glede na sam.

Vsak obrat vijačnice je nato povezan z naslednjimi z vodikovimi vezmi, ki so bistvene za doseganje splošne stabilnosti molekule..

Ne morejo vsi peptidi tvoriti stabilne alfa spirale. To je podano z notranjo zmogljivostjo vsake aminokisline v verigi, da tvori spirale, ki je neposredno povezana s kemijsko in fizikalno naravo njenih substituent R skupin..

Na primer, pri določenem pH lahko številni polarni ostanki dobijo enako naboje, zato ne morejo biti zaporedno locirani v vijačnici, ker bi odvratnost med njimi pomenila veliko popačenje v njem..

Velikost, oblika in položaj aminokislin so pomembne determinante stabilnosti spirale. Ne da bi nadaljevali, bi lahko ostanki, kot so Asn, Ser, Thr in Cys, postavljeni v neposredni bližini znotraj sekvence, imeli tudi negativen učinek na konfiguracijo alfa heliksa.

Na enak način so hidrofobnost in hidrofilnost alfa vijačnih segmentov v danem peptidu odvisni izključno od identitete R skupin aminokislin..

V celostnih membranskih beljakovinah obstajajo številni alfa heliki z ostanki močnega hidrofobnega značaja, ki so nujno potrebni za vstavljanje in konfiguracijo segmentov med apolarnimi repi sestavnih fosfolipidov..

Topne beljakovine, nasprotno, imajo alfa spirale, bogate s polarnimi ostanki, ki omogočajo boljšo interakcijo z vodnim medijem, ki je prisoten v citoplazmi ali intersticijskih prostorih..

Funkcionalni pomen

Motivi alfa helixa imajo širok spekter bioloških funkcij. Specifični vzorci interakcij med helicami imajo ključno vlogo pri delovanju, sestavi in ​​oligomerizaciji membranskih proteinov in topnih proteinov.

Ta področja so prisotna v mnogih transkripcijskih faktorjih, pomembnih z vidika regulacije genske ekspresije. Prisotni so tudi v beljakovinah s strukturno pomembnostjo in membranskih beljakovinah, ki imajo funkcije prenosa in / ali prenosa signalov različnih vrst.

Tukaj je nekaj klasičnih primerov beljakovin z alfa heliki:

Myosin

Myosin je ATPase, ki ga aktivira aktin, ki je odgovoren za krčenje mišic in različne oblike mobilnosti celic. Miozini in mišični in ne-mišični miozini so sestavljeni iz dveh regij ali kroglastih "glav", povezanih z dolgim ​​spiralnim alfa "repom"..

Kolagen

Tretjino celotne vsebnosti beljakovin v človeškem telesu predstavlja kolagen. Je najbolj bogat protein v zunajceličnem prostoru in ima kot značilno značilnost strukturni motiv, sestavljen iz treh vzporednih pramenov z vijačno levo roko, ki se združijo in tvorijo trojno vijačnico v smeri urinega kazalca..

Keratin

Keratini so skupina beljakovin, ki tvorijo filamente, ki jih proizvajajo nekatere epitelijske celice vretenčarjev. So glavna sestavina nohtov, las, krempljev, lupine želv, rogov in perja. Del njene fibrilarne strukture sestavljajo segmenti alfa heliksa.

Hemoglobin

Kisik v krvi se prenaša s hemoglobinom. Globinski del tega tetramernega proteina sestoji iz dveh enakih alfa helikrov od 141 ostankov vsakega in dveh beta verig s po 146 ostankov..

Beljakovine tipa "cinkov prst"

Eukariotski organizmi imajo veliko beljakovin s cink-prstom, ki delujejo za različne namene: prepoznavanje DNA, pakiranje RNA, transkripcijska aktivacija, regulacija apoptoze, zlaganje beljakovin itd. Veliko cinkovih beljakovin ima alfa spirale kot glavno sestavino njihove strukture in so bistvene za njihovo delovanje.

Reference

  1. Aurora, R., Srinivasan, R., in Rose, G.D. (1994). Pravila za prekinitev a-alfa-heliksa z glicinom. Znanost, 264(5162), 1126-1130.
  2. Blaber, M., Zhang, X., in Matthews, B. (1993). Strukturna osnova nagnjenosti aminokislin alfa helix. Znanost, 260(1), 1637-1640.
  3. Brennan, R. G., in Matthews, B. W. (1989). Vezni motiv helix-turn-helix DNA. Journal of Biological Chemistry, 264(4), 1903-1906.
  4. Eisenberg, D. (2003). Odkritje strukturnih značilnosti alfa-vijačnic in beta-beljakovinskih beljakovin. Pnas, 100(20), 11207-11210. Huggins, M. L. (1957). Struktura alfa keratina. Kemija, 43, 204-209.
  5. Klement, W., Willens, R., in Duwez, P. (1960). Struktura mioglobina. Narava, 185, 422-427.
  6. Laity, J.H., Lee, B.M., & Wright, P.E. (2001). Cink prstni proteini: novi vpogled v strukturno in funkcionalno raznolikost. Trenutno mnenje o strukturni biologiji, 11(1), 39-46.
  7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Molekularna celična biologija (5. izd.). Freeman, W. H. & Company.
  8. Luckey, M. (2008). Strukturna biologija membran: z biokemičnimi in biofizičnimi temelji. Cambridge University Press. Pridobljeno s strani www.cambridge.org/9780521856553
  9. McKay, M.J., Afrose, F., Koeppe, R.E., & Greathouse, D.V. (2018). Nastajanje in stabilnost v membranah. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembrane, 1860(10), 2108-2117.
  10. Nelson, D.L., & Cox, M. M. (2009). Lehningerjeva načela biokemije. Omega izdaje (5. izd.).
  11. Pauling, L., Corey, R. B., & Branson, H. R. (1951). Struktura beljakovin: dve vodik-vezani spiralni konfiguraciji polipeptidne verige. Zbornik Nacionalne akademije znanosti Združenih držav Amerike, 37, 205-211.
  12. Perutz, M.F. (1978). Struktura hemoglobina in dihalni transport. Scientific American, 239(6), 92-125.
  13. Scholtz, J.M., & Baldwin, R.L. (1992). Mehanizem formiranja alfa-heliksa s peptidi. Letni pregled biofizike in biomolekularne strukture, 21(1), 95-118.
  14. Shoulders, M.D., & Raines, R.T. (2009). Struktura in stabilnost kolagena. Letni pregled biokemije, 78(1), 929-958.
  15. Subramaniams, A., Jones, W.K., Gulick, J., & Neumannli, J. (1991). Tkivo-specifična regulacija genskega promotorja težke verige alfa-miozina v transgenih miših. Journal of Biological Chemistry, 266(36), 24613-24620.
  16. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, M.A. (2016). Keratin: Struktura, mehanske lastnosti, pojavljanje v bioloških organizmih in prizadevanja za bioindustacijo. Napredek v znanosti o materialih. Elsevier Ltd.
  17. Warrick, H. M., & Spudich, J. a. (1987). Struktura in funkcija miozina pri gibljivosti celic. Letni pregled biologije celic, 3, 379-421.
  18. Zhang, S. Q., Kulp, D.W., Schramm, C.A., Mravic, M., Samish, I., & Degrado, W. F. (2015). Interaktivna membrana in topna beljakovinska vijačnica: podobna geometrija z različnimi interakcijami. Struktura, 23(3), 527-541