Alfa skrutkovice je najjednoduchšie sekundárna štruktúra, že proteín môže prijať v priestore v závislosti od tuhosti a voľného otáčania väzieb medzi jeho aminokyselinových zvyškov.
Vyznačuje sa špirálovitým tvarom, v ktorom sú usporiadané aminokyseliny, ktoré sa zdajú byť usporiadané okolo imaginárnej pozdĺžnej osi so skupinami R smerujúcimi von.
Schéma štruktúry alfa helixu (Alejandro Porto, cez Wikimedia Commons)
Alfa helixy boli prvýkrát opísané v roku 1951 Paulingom a kol., Ktorý použil dostupné údaje o interatomických vzdialenostiach, uhloch väzby a ďalších štruktúrnych parametroch peptidov a aminokyselín na predpovedanie najpravdepodobnejších konfigurácií, ktoré by mohli reťazce predpokladať. polypeptidy.
Opis alfa helixu vznikol pri hľadaní všetkých možných štruktúr v peptidovom reťazci, ktoré boli stabilizované vodíkovými väzbami, kde zvyšky boli stechiometricky ekvivalentné a ich konfigurácia bola rovinná, ako vyplýva z údajov z rezonancia peptidových väzieb, ktoré boli doteraz k dispozícii.
Táto sekundárna štruktúra je najbežnejšia medzi proteínmi a je prijímaná ako rozpustnými proteínmi, tak integrálnymi proteínmi membrány. Predpokladá sa, že viac ako 60% proteínov existuje vo forme alfa helixu alebo beta listu.
štruktúra
Všeobecne má každý závit alfa skrutkovice priemerne 3,6 aminokyselinových zvyškov, čo je približne 5,4 Á. Uhly a dĺžky zákruty sa však líšia od proteínu k proteínu s prísnou závislosťou od aminokyselinovej sekvencie primárnej štruktúry.
Väčšina alfa helixov má pravotočivý závit, je však známe, že môžu existovať proteíny s alfa helixmi s ľavotočivým závitom. Podmienkou, že dôjde k jednej alebo druhej, je to, že všetky aminokyseliny sú v rovnakej konfigurácii (L alebo D), pretože sú zodpovedné za smer otáčania.
Stabilizácia týchto dôležitých štruktúrnych motívov pre proteínový svet je daná vodíkovými väzbami. Tieto väzby sa vyskytujú medzi atómom vodíka pripojeným k elektronegatívnemu dusíku peptidovej väzby a elektronegatívnym atómom karboxylového kyslíka aminokyseliny o štyri polohy ďalej v N-terminálnej oblasti vzhľadom na seba.
Každá otočka špirály je potom spojená s ďalšou vodíkovou väzbou, ktorá je nevyhnutná na dosiahnutie celkovej stability molekuly.
Nie všetky peptidy môžu tvoriť stabilné alfa helixy. Je to dané vnútornou schopnosťou každej aminokyseliny v reťazci tvoriť helixy, ktoré priamo súvisia s chemickou a fyzikálnou povahou jej substitučných R skupín.
Napríklad pri určitom pH môže veľa polárnych zvyškov získať rovnaký náboj, takže ich nemožno umiestniť za sebou do špirály, pretože odpudzovanie medzi nimi by znamenalo veľké skreslenie.
Veľkosť, tvar a poloha aminokyselín sú tiež dôležitými determinantami špirálovej stability. Bez toho, že by to šlo ďalej, zvyšky, ako sú Asn, Ser, Thr a Cys umiestnené blízko v sekvencii, by mohli mať negatívny vplyv na konfiguráciu alfa helixu.
Rovnakým spôsobom závisí hydrofóbnosť a hydrofilnosť alfa helikálnych segmentov v danom peptide výlučne na identite R skupín aminokyselín.
V integrálnych membránových proteínoch alfa je veľa helixov so zvyškami so silným hydrofóbnym charakterom, ktoré sú nevyhnutne potrebné na vloženie a konfiguráciu segmentov medzi nepolárne konce podstatných fosfolipidov.
Na druhej strane rozpustné proteíny majú alfa helixy bohaté na polárne zvyšky, ktoré umožňujú lepšiu interakciu s vodným médiom prítomným v cytoplazme alebo v intersticiálnych priestoroch.
Funkčný význam
Motívy alfa skrutkovnice majú širokú škálu biologických funkcií. Špecifické vzorce interakcie medzi helixmi hrajú rozhodujúcu úlohu vo funkcii, zostavovaní a oligomerizácii membránových proteínov aj 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 transportné a / alebo prenosové funkcie rôznych druhov.
Tu je niekoľko klasických príkladov proteínov s alfa helixmi:
myosin
Myozín je aktínom aktivovaná ATPáza, ktorá je zodpovedná za kontrakciu svalov a rôzne formy bunkovej mobility. Svalové aj nesvalové myozíny pozostávajú z dvoch guľovitých oblastí alebo „hláv“ spojených dlhou alfa špirálovitým „chvostom“.
kolagén
Jedna tretina celkového obsahu bielkovín v ľudskom tele predstavuje kolagén. Je to najhojnejší proteín v extracelulárnom priestore a jeho charakteristickou charakteristikou je štrukturálny motív zložený z troch rovnobežných prameňov s ľavostrannou špirálovitou konfiguráciou, ktoré sa spájajú a vytvárajú pravotočivú sense trojitú špirálu.
keratín
Keratíny sú skupinou proteínov tvoriacich vlákna, ktoré produkujú niektoré epitelové bunky na stavovcoch. Sú hlavnou zložkou nechtov, vlasov, pazúrov, škrupín korytnačiek, rohov a peria. Časť jeho fibrilárnej štruktúry je tvorená alfa helixovými segmentmi.
Štruktúra keratínu (Mlpatton, z Wikimedia Commons)
hemoglobín
Kyslík v krvi je prenášaný hemoglobínom. Globinová časť tohto tetramerického proteínu pozostáva z dvoch identických alfa helixov po 141 zvyškoch a dvoch beta reťazcov po 146 zvyškoch.
Proteíny typu „zinkových prstov“
Eukaryotické organizmy majú veľké množstvo proteínov podobných zinkovým prstom, ktoré fungujú na rôzne účely: rozpoznávanie DNA, RNA balenie, transkripčná aktivácia, regulácia apoptózy, skladanie proteínov atď. Mnoho proteínov zinkových prstov má ako hlavnú zložku svojej štruktúry alfa helixy, ktoré sú nevyhnutné pre ich funkciu.
Referencie
- Aurora, R., Srinivasan, R., & Rose, GD (1994). Pravidlá ukončenia a-alfa-helixu glycínom. Science, 264 (5162), 1126-1130.
- Blaber, M., Zhang, X. a Matthews, B. (1993). Štrukturálny základ náchylnosti alfa-helixu k aminokyseline. Science, 260 (1), 1637-1640.
- Brennan, RG, a Matthews, BW (1989). Väzbový motív DNA so špirálovitou špirálou. Journal of Biological Chemistry, 264 (4), 1903-1906.
- Eisenberg, D. (2003). Objav štrukturálnych vlastností proteínov alfa-helix a beta-list, hlavný. Pnas, 100 (20), 11207-11210. Huggins, ML (1957). Štruktúra alfa keratínu. Chemistry, 43, 204-209.
- Klement, W., Willens, R., & Duwez, P. (1960). Štruktúra myoglobínu. Náture, 185, 422 - 427.
- Laity, JH, Lee, BM a Wright, PE (2001). Proteíny zo zinkových prstov: Nové poznatky o štrukturálnej a funkčnej diverzite. Aktuálne stanovisko v Struct Biology, 11 (1), 39–46.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, Kalifornia, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Molecular Celí Biology (5. vydanie). Freeman, WH & Company.
- Luckey, M. (2008). Štrukturálna biológia membrán: s biochemickými a biofyzikálnymi základmi. Cambridge University Press. Zdroj: www.cambridge.org/9780521856553
- McKay, MJ, Afrose, F., Koeppe, RE, a Greathouse, DV (2018). Tvorba a stabilita špirály v membránach. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembranes, 1860 (10), 2108-2117.
- Nelson, DL, a Cox, MM (2009). Lehningerove princípy biochémie. Vydania Omega (5. vydanie).
- Pauling, L., Corey, RB, & Branson, HR (1951). Štruktúra proteínov: dve vodíkovo viazané špirálové konfigurácie polypeptidového reťazca. Zborník Národnej akadémie vied Spojených štátov amerických, 37, 205–211.
- Perutz, MF (1978). Štruktúra hemoglobínu a transport dýchacích ciest. Scientific American, 239 (6), 92 - 125.
- Scholtz, JM, a Baldwin, RL (1992). Mechanizmus tvorby alfa-helixov pomocou peptidov. Ročný prehľad biofyziky a biomolekulárnej štruktúry, 21 (1), 95–118.
- Ramená, MD, a Raines, RT (2009). Štruktúra a stabilita kolagénu. Ročný prehľad o biochémii, 78 (1), 929-958.
- Subramaniams, A., Jones, WK, Gulick, J. & Neumannli, J. (1991). Tkanivovo špecifická regulácia génového promótora ťažkého reťazca alfa-myozínu u transgénnych myší. The Journal of Biological Chemistry, 266 (36), 24613 - 24620.
- Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, MA (2016). Keratín: Štruktúra, mechanické vlastnosti, výskyt v biologických organizmoch a snaha o bioinspiráciu. Pokrok v materiálovej vede. Elsevier Ltd.
- Warrick, HM, a Spudich, J. a. (1987). Štruktúra a funkcia myozínu v pohyblivosti buniek. Ročný prehľad o bunkovej biológii, 3, 379 - 421.
- Zhang, SQ, Kulp, DW, Schramm, Kalifornia, Mravic, M., Samish, I. a Degrado, WF (2015). Interakcie membránového a rozpustného proteínu helix-helix: podobná geometria prostredníctvom rôznych interakcií. Štruktúra, 23 (3), 527 - 541