Структура на алфа спиралата и функционално значение



на алфа спирала е най-простата вторична структура, която един протеин може да приеме в пространството в съответствие с твърдостта и свободата на въртене на връзките между неговите аминокиселинни остатъци.

Характеризира се със спираловидната форма, в която са подредени аминокиселините, които изглежда са разположени около въображаема надлъжна ос с R групите отвън..

Алфа хеликите са описани за първи път през 1951 г. от Полинг и колеги, които използват наличните данни за междуатомните разстояния, ъгли на връзката и други структурни параметри на пептидите и аминокиселините, за да предскажат най-вероятните конфигурации, които веригите могат да приемат. полипептид.

Описанието на алфа спиралата е резултат от търсенето на всички възможни структури в пептидната верига, които са стабилизирани чрез водородни връзки, където остатъците са стехиометрично еквивалентни и конфигурацията на всяка от тях е плоска, както е посочено от данните от резонанс на пептидните връзки, които са налични за датата.

Тази вторична структура е най-често срещаната сред протеините и се приема от разтворими протеини и интегрални мембранни протеини. Смята се, че повече от 60% от протеините съществуват под формата на алфа хеликс или бета лист.

индекс

  • 1 Структура
  • 2 Функционално значение
    • 2.1 Миосин
    • 2.2 Колаген
    • 2.3 Кератин
    • 2.4 Хемоглобин
    • 2.5 Протеини тип "цинкови пръсти"
  • 3 Препратки

структура

Най-общо, всеки ход на алфа спиралата има средно 3,6 аминокиселинни остатъка, което е приблизително равно на 5,4 A дължина. Въпреки това, ъгли и дължини на въртене варират от един протеин към друг със строга зависимост от аминокиселинната последователност на първичната структура.

Повечето алфа-спирали имат дясна ръка, но понастоящем е известно, че протеини с алфа-спирали могат да съществуват с ляво завъртания. Условието за възникване на едното или другото е, че всички аминокиселини са в еднаква конфигурация (L или D), тъй като те са отговорни за посоката на завоя.

Стабилизирането на тези важни структурни причини за света на протеините се дава от водородни връзки. Тези връзки възникват между водородния атом, свързан с електронегативния азот на пептидната връзка и електроотрицателния карбоксилен кислороден атом на аминокиселината четири позиции по-късно, в N-терминалната област по отношение на себе си.

Всеки ход на спиралата, от своя страна, е свързан със следващата с водородни връзки, които са фундаментални за постигане на общата стабилност на молекулата..

Не всички пептиди могат да образуват стабилни алфа спирали. Това е дадено от вътрешния капацитет на всяка аминокиселина във веригата за образуване на спирали, което е пряко свързано с химичната и физична природа на неговите заместващи R групи..

Например, при определено рН много полярни остатъци могат да получат същия заряд, така че те не могат да бъдат разположени последователно в спирала, тъй като отблъскването между тях би означавало голямо изкривяване в него..

Размерът, формата и положението на аминокиселините също са важни детерминанти на спиралната стабилност. Без да продължават, остатъци като Asn, Ser, Thr и Cys, разположени в непосредствена близост в рамките на последователността, също могат да имат отрицателен ефект върху конфигурацията на алфа спиралата.

По същия начин, хидрофобността и хидрофилността на алфа спиралните сегменти в даден пептид зависят изключително от идентичността на R групите на аминокиселините..

В интегралните мембранни протеини има изобилие от алфа спирали с остатъци със силен хидрофобен характер, строго необходими за вмъкване и конфигуриране на сегментите между аполарните опашки на съставните фосфолипиди.

Разтворимите протеини, напротив, имат алфа спирали, богати на полярни остатъци, които правят възможно по-добро взаимодействие с водната среда, намираща се в цитоплазмата или интерстициалните пространства..

Функционално значение

Алфа спиралните мотиви имат широк спектър от биологични функции. Специфичните модели на взаимодействие между спиралите играят критична роля в функцията, сглобяването и олигомеризацията на мембранните протеини и разтворимите протеини..

Тези домени присъстват в много транскрипционни фактори, важни от гледна точка на регулирането на генната експресия. Те също присъстват в протеини със структурно значение и в мембранни протеини, които имат функции на транспортиране и / или предаване на сигнали от различен вид.

Ето някои класически примери на протеини с алфа хеликони:

миозин

Миозинът е АТФаза, активирана от актин, която е отговорна за мускулната контракция и различни форми на клетъчна мобилност. Както мускулните, така и немускулните миозини се състоят от два региона или кълбовидни "глави", свързани заедно с дълга спирална алфа "опашка"..

колаген

Една трета от общото протеиново съдържание на човешкото тяло е представено от колаген. Той е най-разпространеният протеин в извънклетъчното пространство и има характерна характеристика структурен мотив, съставен от три паралелни нишки с винтова лява конфигурация, които се съединяват, за да образуват тройна спирала с посока на часовниковата стрелка.

кератин

Кератините са група от филамент-формиращи протеини, които се произвеждат от някои епителни клетки на гръбначни животни. Те са основният компонент на ноктите, косата, ноктите, черупката на костенурките, рогата и перата. Част от нейната фибриларна структура се формира от алфа спирални сегменти.

хемоглобин

Кислородът в кръвта се транспортира с хемоглобин. Глобиновата част на този тетрамерен протеин се състои от две идентични алфа спирали от 141 остатъка всяка, и две бета вериги от 146 остатъка всяка..

Протеини тип "цинков пръст"

Еукариотните организми притежават богатство от протеини с цинков пръст, които работят за различни цели: разпознаване на ДНК, опаковане на РНК, транскрипционно активиране, регулиране на апоптозата, сгъване на протеини и др. Много цинкови пръстенови протеини притежават алфа спирали като основен компонент на тяхната структура и са от съществено значение за тяхната функция.

препратки

  1. Aurora, R., Srinivasan, R., & Rose, G.D. (1994). Правила за прекратяване на a-alpha-Helix от Glycine. наука, 264(5162), 1126-1130.
  2. Blaber, M., Zhang, X., & Matthews, B. (1993). Структурна основа на склонност към аминокиселина алфа спирала. наука, 260(1), 1637-1640.
  3. Brennan, R. G., & Matthews, B. W. (1989). Мотивът на свързване на спирала-обратна-спирална ДНК. Вестник по биологична химия, 264(4), 1903-1906.
  4. Eisenberg, D. (2003). Откриването на структурните особености на алфа-спиралата и бета-белтъчните протеини, основното. PNAS, 100(20), 11207-11210. Huggins, М. L. (1957). Структурата на алфа кератин. химия, 43, 204-209.
  5. Klement, W., Willens, R., & Duwez, P. (1960). Структура на миоглобина. природа, 185, 422-427.
  6. Laity, J.H., Lee, B.M. & Wright, P.E. (2001). Цинкови протеини: нови прозрения за структурно и функционално разнообразие. Текущо мнение в структурната биология, 11(1), 39-46.
  7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Молекулярна клетъчна биология (5-то изд.). Freeman, W. H. & Company.
  8. Luckey, M. (2008). Мембранна структурна биология: с биохимични и биофизични основи. Cambridge University Press. Изтеглено от www.cambridge.org/9780521856553
  9. McKay, M.J., Afrose, F., Koeppe, R.E., & Greathouse, D.V. (2018). Образуване на спирала и стабилност в мембраните. Biochimica et Biophysica Acta - Биомембрани, 1860(10), 2108-2117.
  10. Нелсън, Д. Л., & Кокс, М. М. (2009). Принципи на биохимията на Ленингер. Издания Omega (5-то изд.).
  11. Pauling, L., Corey, R. B., & Branson, H. R. (1951). Структурата на протеините: две хидроген-свързани спирални конфигурации на полипептидната верига. Известия на Националната академия на науките на Съединените американски щати, 37, 205-211.
  12. Perutz, М. F. (1978). Структура на хемоглобина и дихателен транспорт. Scientific American, 239(6), 92-125.
  13. Scholtz, J. М., & Baldwin, R. L. (1992). Механизмът на образуване на алфа-спирала чрез пептиди. Годишен преглед на биофизиката и биомолекулярната структура, 21(1), 95-118.
  14. Shoulders, M.D., & Raines, R.T. (2009). Структура и стабилност на колагена. Годишен преглед на биохимията, 78(1), 929-958.
  15. Subramaniams, A., Jones, W.K., Gulick, J., & Neumannli, J. (1991). Специфична за тъканите регулация на алфа-миозин тежковерижен ген промотор в трансгенни мишки. Вестник по биологична химия, 266(36), 24613-24620.
  16. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, M.A. (2016). Кератин: Структура, механични свойства, поява в биологичните организми и усилия за биоинспирация. Напредък в материалознанието. Елсевиер ЕООД.
  17. Warrick, H. М., & Spudich, J. a. (1987). Миозиновата структура и функция в клетъчната подвижност. Годишен преглед на клетъчната биология, 3, 379-421.
  18. Zhang, S. Q., Kulp, D.W., Schramm, C.A., Mravic, M., Samish, I., & Degrado, W. F. (2015). Взаимодействащата мембрана и разтворима протеинова спирала-спирала: Подобна геометрия чрез различни взаимодействия. структура, 23(3), 527-541