Η δομή της άλφα έλικας και η λειτουργική σημασία



Το άλφα έλικα είναι η απλούστερη δευτερογενής δομή που μπορεί να υιοθετήσει μια πρωτεΐνη στο διάστημα σύμφωνα με την ακαμψία και την ελευθερία περιστροφής των δεσμών μεταξύ των υπολειμμάτων αμινοξέων της.

Χαρακτηρίζεται από το σπειροειδές σχήμα στο οποίο είναι διατεταγμένα τα αμινοξέα, τα οποία φαίνονται να είναι διατεταγμένα γύρω από έναν φανταστικό διαμήκη άξονα με τις ομάδες R στο εξωτερικό του.

άλφα έλικες περιγράφηκαν για πρώτη φορά το 1951 από Pauling και οι συνεργάτες του, οι οποίοι χρησιμοποίησαν τα διαθέσιμα στοιχεία σχετικά με τις διατομικές αποστάσεις, γωνίες δεσμού και άλλες δομικές παραμέτρους των πεπτιδίων και αμινοξέων για να προβλέψει τις πιο πιθανές διαμορφώσεις που θα μπορούσε να λάβει τις αλυσίδες πολυπεπτίδια.

Η περιγραφή της άλφα έλικας προέκυψε από την αναζήτηση για όλες τις πιθανές δομές σε μια πεπτιδική αλυσίδα που σταθεροποιήθηκαν με δεσμούς υδρογόνου, όπου τα κατάλοιπα ήταν στοιχειομετρικά ισοδύναμη και τη διαμόρφωση του κάθε ήταν επίπεδη, όπως υποδεικνύεται από τα δεδομένα απόκριση των πεπτιδικών δεσμών που ήταν διαθέσιμα για την ημερομηνία.

Αυτή η δευτερογενής δομή είναι η πιο κοινή μεταξύ των πρωτεϊνών και υιοθετείται τόσο από διαλυτές πρωτεΐνες όσο και από ολοκληρωμένες πρωτεΐνες μεμβράνης. Πιστεύεται ότι περισσότερο από το 60% των πρωτεϊνών υπάρχουν υπό τη μορφή άλφα έλικας ή βήτα φύλλων.

Ευρετήριο

  • 1 Δομή
  • 2 Λειτουργική σημασία
    • 2.1 Miosin
    • 2.2 Κολλαγόνο
    • 2.3 Κερατίνη
    • 2.4 Αιμοσφαιρίνη
    • 2.5 Πρωτεΐνες τύπου "δάκτυλα ψευδαργύρου"
  • 3 Αναφορές

Δομή

Γενικά, κάθε στροφή μιας άλφα έλικας έχει κατά μέσο όρο 3,6 υπολείμματα αμινοξέων, το οποίο είναι περίπου ισοδύναμο με μήκος 5,4 Å. Ωστόσο, οι γωνίες και τα μήκη περιστροφής ποικίλλουν από τη μια πρωτεΐνη στην άλλη με αυστηρή εξάρτηση από την αλληλουχία αμινοξέων της πρωταρχικής δομής.

Οι περισσότερες άλφα έλικες έχουν μια δεξιά στροφή, αλλά προς το παρόν είναι γνωστό ότι πρωτεΐνες με άλφα έλικες μπορούν να υπάρχουν με αριστερόχειρες στροφές. Η προϋπόθεση για το ένα ή το άλλο να συμβεί είναι ότι όλα τα αμινοξέα είναι στην ίδια διαμόρφωση (L ή D), δεδομένου ότι είναι υπεύθυνα για την κατεύθυνση της στροφής.

Η σταθεροποίηση αυτών των σημαντικών δομικών λόγων για τον κόσμο των πρωτεϊνών δίνεται από τους δεσμούς υδρογόνου. Αυτές οι συνδέσεις είναι μεταξύ του ατόμου υδρογόνου που συνδέονται με ηλεκτροαρνητικό αζώτου ενός πεπτιδικού δεσμού και το άτομο οξυγόνου του καρβοξυλικού αμινοξέος ηλεκτροαρνητικό τέσσερις θέσεις περαιτέρω στην Ν-τερματική προς το ίδιο.

Κάθε στροφή της έλικας, με τη σειρά της, συνδέεται με την επόμενη με δεσμούς υδρογόνου, οι οποίοι είναι θεμελιώδεις για την επίτευξη της συνολικής σταθερότητας του μορίου.

Δεν είναι δυνατόν όλα τα πεπτίδια να σχηματίζουν σταθερές άλφα έλικες. Αυτό δίνεται από την εγγενή ικανότητα κάθε αμινοξέος στην αλυσίδα για τον σχηματισμό ελίκων, η οποία σχετίζεται άμεσα με τη χημική και φυσική φύση των ομάδων R του υποκαταστάτη..

Για παράδειγμα, ορισμένα ρΗ πολλά πολικά υπολείμματα μπορεί να αποκτήσει το ίδιο φορτίο, έτσι ώστε δεν μπορεί να τοποθετηθεί διαδοχικά σε ένα έλικα όπως η άπωση μεταξύ τους συνεπάγεται μεγάλη παραμόρφωση στο ίδιο.

Το μέγεθος, το σχήμα και η θέση των αμινοξέων είναι επίσης σημαντικοί καθοριστικοί παράγοντες της ελικοειδούς σταθερότητας. Χωρίς να προχωρήσουμε περαιτέρω, υπολείμματα όπως Asn, Ser, Thr και Cys τοποθετημένα σε κοντινή απόσταση εντός της αλληλουχίας θα μπορούσαν επίσης να έχουν αρνητική επίδραση στη διαμόρφωση της άλφα έλικας.

Με τον ίδιο τρόπο, η υδροφοβικότητα και η υδροφιλικότητα των α-ελικοειδών τμημάτων σε ένα δεδομένο πεπτίδιο εξαρτάται αποκλειστικά από την ταυτότητα των R ομάδων των αμινοξέων.

Ενσωματωμένες μεμβρανικές πρωτεΐνες σε έλικες άλφα αφθονούν με υπολείμματα ισχυρή υδροφοβικότητα, είναι απολύτως αναγκαία για την εισαγωγή και τη διαμόρφωση των τμημάτων μεταξύ του μη πολικές ουρές συστατικών φωσφολιπίδια.

Οι διαλυτές πρωτεΐνες, αντίθετα, έχουν άλφα έλικες πλούσιες σε πολικά υπολείμματα, τα οποία καθιστούν δυνατή μια καλύτερη αλληλεπίδραση με το υδατικό μέσο που υπάρχει στο κυτταρόπλασμα ή τους ενδιάμεσους χώρους.

Λειτουργική σημασία

Τα μοτίβα άλφα έλικας έχουν ένα ευρύ φάσμα βιολογικών λειτουργιών. Ειδικά πρότυπα αλληλεπίδρασης μεταξύ των ελίκων διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στη λειτουργία, τη συναρμολόγηση και τον ολιγομερισμό τόσο των μεμβρανικών πρωτεϊνών όσο και των διαλυτών πρωτεϊνών.

Αυτοί οι τομείς υπάρχουν σε πολλούς παράγοντες μεταγραφής, σημαντικοί από την άποψη της ρύθμισης της γονιδιακής έκφρασης. Είναι επίσης παρούσες σε πρωτεΐνες με δομική σχέση και σε μεμβρανικές πρωτεΐνες που έχουν λειτουργίες μεταφοράς και / ή μετάδοσης σημάτων διαφόρων ειδών.

Εδώ είναι μερικά κλασικά παραδείγματα πρωτεϊνών με άλφα έλικες:

Myosin

Η μυοσίνη είναι μια ΑΤΡάση ενεργοποιημένη από ακτίνη η οποία είναι υπεύθυνη για τη συστολή μυών και μια ποικιλία μορφών κινητικότητας των κυττάρων. Τόσο οι μυϊκές μυϊκές όσο και οι μη μυϊκές μυοσίνες αποτελούνται από δύο περιοχές ή σφαιρικές "κεφαλές" που συνδέονται μεταξύ τους με μια μακριά ελικοειδή αλφα "ουρά".

Κολλαγόνο

Το ένα τρίτο της συνολικής περιεκτικότητας σε πρωτεΐνες του ανθρώπινου σώματος αντιπροσωπεύεται από κολλαγόνο. Είναι η πιο άφθονη πρωτεΐνη στο εξωκυττάριο χώρο και διακριτικό χαρακτηριστικό δομικό μοτίβο του αποτελείται από τρεις παράλληλες κλώνων με ένα αριστερόστροφο διαμόρφωση κύλισης, που ενώνονται για να σχηματίσουν μια τριπλή έλικα δεξιόστροφη κατεύθυνση.

Κερατίνη

Οι κερατίνες είναι μια ομάδα πρωτεϊνών σχηματισμού νήματος που παράγονται από μερικά επιθηλιακά κύτταρα σε σπονδυλωτά. Είναι το κύριο συστατικό των νυχιών, των μαλλιών, των νυχιών, του κελύφους των χελωνών, των κέρατων και των φτερών. Μέρος της ινιδικής δομής του σχηματίζεται από τμήματα άλφα έλικας.

Αιμοσφαιρίνη

Το οξυγόνο στο αίμα μεταφέρεται με αιμοσφαιρίνη. Το τμήμα σφαιρίνης αυτής της τετραμερικής πρωτεΐνης αποτελείται από δύο πανομοιότυπες άλφα έλικες 141 καταλοίπων η κάθε μία και δύο βήτα αλυσίδες 146 καταλοίπων η κάθε μία..

Πρωτεΐνες τύπου "ψευδαργύρου"

Οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί διαθέτουν πλούτο πρωτεϊνών δακτύλου ψευδαργύρου, οι οποίες λειτουργούν για διαφορετικούς σκοπούς: αναγνώριση DNA, συσκευασία RNA, μεταγραφική ενεργοποίηση, ρύθμιση απόπτωσης, δίπλωση πρωτεϊνών κλπ. Πολλές πρωτεΐνες δακτύλου ψευδαργύρου διαθέτουν αλφα έλικες ως κύριο συστατικό της δομής τους και είναι απαραίτητες για τη λειτουργία τους.

Αναφορές

  1. Aurora, R., Srinivasan, R., & Rose, G.D. (1994). Κανόνες για τον τερματισμό της α-άλφα-Helix από τη γλυκίνη. Επιστήμη, 264(5162), 1126-1130.
  2. Blaber, Μ., Zhang, Χ., & Matthews, Β. (1993). Δομική βάση της τάσης των αμινοξέων άλφα έλικα. Επιστήμη, 260(1), 1637-1640.
  3. Brennan, R. G., & Matthews, Β. W. (1989). Το μοτίβο σύνδεσης ϋΝΑ έλικας-στροφής-έλικας. Journal of Biological Chemistry, 264(4), 1903-1906.
  4. Eisenberg, D. (2003). Η ανακάλυψη των δομικών χαρακτηριστικών των πρωτεϊνών άλφα-έλικας και βήτα-φύλλων, η κύρια. Pnas, 100(20), 11207-11210. Huggins, Μ. L. (1957). Η δομή της άλφα κερατίνης. Χημεία, 43, 204-209.
  5. Klement, W., Willens, R., & Duwez, Ρ. (1960). Δομή της μυοσφαιρίνης. Φύση, 185, 422-427.
  6. Laity, J. Η., Lee, Β. Μ. & Wright, Ρ. Ε. (2001). Πρωτεΐνες με ψευδάργυρο: Νέες γνώσεις σχετικά με τη δομική και λειτουργική πολυμορφία. Τρέχουσα Γνώση στη Διαρθρωτική Βιολογία, 11(1), 39-46.
  7. (2), (2), (2), (3), (3), και (3). Molecular Cell Biology (5η έκδοση). Freeman, W. Η. & Company.
  8. Luckey, Μ. (2008). Διαρθρωτική βιολογία μεμβράνης: με βιοχημικά και βιοφυσικά θεμέλια. Cambridge University Press. Ανακτήθηκε από το www.cambridge.org/9780521856553
  9. McKay, Μ. J., Afrose, F., Koeppe, R.E., & Greathouse, D.V. (2018). Ο σχηματισμός του ελικοειδούς και η σταθερότητα στις μεμβράνες. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembranes, 1860(10), 2108-2117.
  10. Nelson, D. L., & Cox, Μ. Μ. (2009). Αρχές Lehninger της Βιοχημείας. Εκδόσεις Omega (5η έκδοση).
  11. Pauling, L., Corey, R. Β., & Branson, Η. R. (1951). Η δομή των πρωτεϊνών: δύο συνδεδεμένες με υδρογόνο ελικοειδείς διαμορφώσεις της πολυπεπτιδικής αλυσίδας. Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής, 37, 205-211.
  12. Perutz, Μ. F. (1978). Δομή αιμοσφαιρίνης και αναπνευστική μεταφορά. Scientific American, 239(6), 92-125.
  13. Scholtz, J. Μ., & Baldwin, R. L. (1992). Ο μηχανισμός σχηματισμού άλφα-ελίκων από πεπτίδια. Ετήσια επισκόπηση της βιοφυσικής και της βιομοριακής δομής, 21(1), 95-118.
  14. Οι ώμοι, Μ. D., & Raines, R. Τ. (2009). Δομή και σταθερότητα του κολλαγόνου. Ετήσια επισκόπηση της βιοχημείας, 78(1), 929-958.
  15. Subramaniams, Α., Jones, W. Κ., Gulick, J., & Neumannli, J. (1991). Ειδικός για τον ιστό κανονισμό για τον προαγωγό γονιδίου βαριάς αλυσίδας άλφα-μυοσίνης σε διαγονιδιακούς ποντικούς. Το περιοδικό της βιολογικής χημείας, 266(36), 24613-24620.
  16. Wang, Β., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, Μ.Α. (2016). Κερατίνη: Δομή, μηχανικές ιδιότητες, εμφάνιση σε βιολογικούς οργανισμούς και προσπάθειες βιοψεκασμού. Πρόοδος στην Επιστήμη των Υλικών. Elsevier Ltd.
  17. Warrick, Η. Μ. & Spudich, J. a. (1987). Η δομή και η λειτουργία της μυοσίνης στη κινητικότητα των κυττάρων. Ετήσια επισκόπηση της κυτταρικής βιολογίας, 3, 379-421.
  18. Zhang, S. Q., Kulp, D.W., Schramm, C.A., Mravic, Μ., Samish, Ι., & Degrado, W.F. (2015). Το αλληλεπίδραση μεμβράνης και διαλυτής πρωτεΐνης έλικας-έλικας: Παρόμοια γεωμετρία μέσω διαφορετικών αλληλεπιδράσεων. Δομή, 23(3), 527-541