Alfa-helixstruktur og funksjonell betydning



den alfa helix er den enkleste sekundære strukturen som et protein kan adoptere i rommet i henhold til stivhet og rotasjonsfrihet av bindingene mellom dets aminosyrerester.

Den er preget av spiralformen der aminosyrene er arrangert, som synes å være arrangert rundt en imaginær langsgående akse med R-gruppene på utsiden av dette.

Alfa-helikser ble først beskrevet i 1951 av Pauling og kolleger, som anvendes dataene som er tilgjengelige på de interatomære avstandene, bindingen vinkler og andre strukturelle parametere av peptider og aminosyrer for å forutsi de mest sannsynlige konfigurasjoner som kan ta kjedene polypeptid.

Beskrivelsen av alfa-heliks kom ut av søking etter alle mulige strukturer på en peptidkjede de ble stabilisert ved hjelp av hydrogenbindinger, hvor restene var støkiometrisk ekvivalent og konfigurasjon av hver den var plan, slik som antydet ved data resonans av peptidbindingene som var tilgjengelige for datoen.

Denne sekundære strukturen er den vanligste blant proteiner, og den er vedtatt av både oppløselige proteiner og integrerte membranproteiner. Det antas at mer enn 60% av proteiner finnes i form av alfa helix eller beta ark.

index

  • 1 struktur
  • 2 Funksjonell betydning
    • 2.1 Miosin
    • 2.2 Kollagen
    • 2,3 keratin
    • 2.4 Hemoglobin
    • 2,5 Protein type "sinkfinger"
  • 3 referanser

struktur

Generelt har hver sving av en alfa-helix et gjennomsnitt på 3,6 aminosyrerester, noe som tilsvarer omtrent 5,4 Å i lengden. Vinkler og rotasjonslengder varierer imidlertid fra protein til protein med streng avhengighet av aminosyresekvensen til primærstrukturen.

De fleste alfa-helixer har en høyresving, men det er for tiden kjent at proteiner med alfa-helixer kan eksistere med venstrehånds sving. Forutsetningen for at den ene eller den andre skal oppstå er at alle aminosyrene er i samme konfigurasjon (L eller D), siden de er ansvarlige for retningen av svinget.

Stabiliseringen av disse viktige strukturelle årsakene til proteinverdenen er gitt av hydrogenbindinger. Disse bindingene forekommer mellom hydrogenatom festet til det elektronegative nitrogen i en peptidbinding og det elektronegative karboksylsyreatomet i aminosyren fire stillinger senere i det N-terminale område med hensyn til seg selv.

Hver tur til helixen er i sin tur knyttet til hydrogenbindinger som er grunnleggende for å oppnå molekylets generelle stabilitet.

Ikke alle peptider kan danne stabile alfa-helikser. Dette er gitt ved den indre kapasiteten til hver aminosyre i kjeden for å danne helikser, som er direkte relatert til den kjemiske og fysiske karakteren av dets substituent R-grupper..

For eksempel kan ved en viss pH mange polare rester oppnå samme ladning, slik at de ikke kan plasseres etter hvert i en helix siden avstøtningen mellom dem ville medføre en stor forvrengning i den..

Størrelsen, formen og posisjonen til aminosyrene er også viktige determinanter for helisk stabilitet. Uten å gå videre, kan rester som Asn, Ser, Thr og Cys plassert i umiddelbar nærhet i sekvensen også ha en negativ effekt på konfigurasjonen av alfa-helixen.

På samme måte avhenger hydrofobiciteten og hydrofiliteten av de alfa-spiralformede segmentene i et gitt peptid utelukkende på identiteten til R-gruppene i aminosyrene.

I integrerte membranproteiner er det rikelig alfa-helikser med rester av sterk hydrofob karakter, strengt nødvendig for innsetting og konfigurering av segmentene mellom de apolære haler av de bestandige fosfolipider.

De oppløselige proteiner har tværtimot alfa-helixer rik på polare rester, noe som muliggjør en bedre interaksjon med det vandige medium som er tilstede i cytoplasma eller interstitiale rom.

Funksjonell betydning

Alfa-helixmotivene har et bredt spekter av biologiske funksjoner. Spesifikke samspillsmønstre mellom helikene spiller en kritisk rolle i funksjon, montering og oligomerisering av både membranproteiner og oppløselige proteiner.

Disse domenene er tilstede i mange transkripsjonsfaktorer, viktige fra synspunktet for reguleringen av genuttrykk. De er også til stede i proteiner med strukturell relevans og i membranproteiner som har funksjoner for transport og / eller overføring av signaler av forskjellige slag.

Her er noen klassiske eksempler på proteiner med alfa-helikser:

myosin

Myosin er en ATPase aktivert av actin som er ansvarlig for muskel sammentrekning og en rekke former for mobilitet i cellen. Både muskelmuskler og muskler myosiner består av to regioner eller kuleformede "hoder" som er koblet sammen av en lang helisk alfa "hale".

kollagen

En tredjedel av det totale proteininnholdet i menneskekroppen er representert av kollagen. Det er den mest tallrike protein i det ekstracellulære rom, og dens karakteristiske kjennetegn strukturelt motiv bestående av tre parallelle strenger med en venstredreiende rulleform, har de sammen for å danne en trippel heliks med urviseren.

keratin

Keratiner er en gruppe filamentdannende proteiner som produseres av enkelte epitelceller hos vertebrater. De er hovedkomponenten av neglene, håret, klørne, skallet av skilpadder, hornene og fjærene. En del av sin fibrillære struktur er dannet av alfa helix segmenter.

hemoglobin

Oksygen i blodet transporteres av hemoglobin. Globeldelen av dette tetrameriske proteinet består av to identiske alfa-helikser med 141 rester hver og to betakjeder med 146 rester hver..

"Zink finger" type proteiner

Eukaryoter har et vell av zinkfinger-protein-type, som opererer for forskjellige formål: DNA gjenkjennings, RNA pakking, transkripsjonen aktivering, regulering av apoptose, proteinfolding, etc. Mange sinkfingerproteiner har alfa-helixer som en hovedkomponent i strukturen, og de er essensielle for deres funksjon.

referanser

  1. Aurora, R., Srinivasan, R., & Rose, G. D. (1994). Regler for a-alfa-helixavslutning av glycin. vitenskap, 264(5162), 1126-1130.
  2. Blaber, M., Zhang, X., & Matthews, B. (1993). Strukturell basis for aminosyre alfa helix tilbøyelighet. vitenskap, 260(1), 1637-1640.
  3. Brennan, R. G., & Matthews, B.W. (1989). Helix-turn-helix-DNA-bindingsmotivet. Journal of Biological Chemistry, 264(4), 1903-1906.
  4. Eisenberg, D. (2003). Oppdagelsen av de strukturelle egenskapene til alfa-helix og beta-ark proteiner, den viktigste. PNAS, 100(20), 11207-11210. Huggins, M. L. (1957). Strukturen av alfa keratin. kjemi, 43, 204-209.
  5. Klement, W., Willens, R., & Duwez, P. (1960). Struktur av myoglobin. natur, 185, 422-427.
  6. Laity, J.H., Lee, B.M., & Wright, P.E. (2001). Zinkfingerproteiner: Ny innsikt i strukturelt og funksjonelt mangfold. Nåværende mening i strukturell biologi, 11(1), 39-46.
  7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. utgave). Freeman, W. H. & Company.
  8. Luckey, M. (2008). Membran strukturell biologi: med biokjemiske og biofysiske grunnlag. Cambridge University Press. Hentet fra www.cambridge.org/9780521856553
  9. McKay, M.J., Afrose, F., Koeppe, R.E., & Greathouse, D.V. (2018). Helixdannelse og stabilitet i membraner. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembraner, 1860(10), 2108-2117.
  10. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehninger Prinsipper for biokjemi. Omega utgaver (5. utgave).
  11. Pauling, L., Corey, R. B., & Branson, H.R. (1951). Strukturen av proteiner: to hydrogenbundne spiralformede konfigurasjoner av polypeptidkjeden. Foredrag av Nasjonalt akademi for vitenskap i USA, 37, 205-211.
  12. Perutz, M. F. (1978). Hemoglobin struktur og luftveier. Vitenskapelig amerikansk, 239(6), 92-125.
  13. Scholtz, J. M., & Baldwin, R. L. (1992). Mekanismen av alfa-helixformasjon av peptider. Årlig gjennomgang av biofysikk og biomolekylær struktur, 21(1), 95-118.
  14. Shoulders, M. D., & Raines, R. T. (2009). Kollagenstruktur og stabilitet. Årlig gjennomgang av biokjemi, 78(1), 929-958.
  15. Subramaniams, A., Jones, W.K., Gulick, J., og Neumannli, J. (1991). Vevsspesifikke regulering av alfa-Myosin tungkjede-genpromotoren i transgene mus. Journal of Biological Chemistry, 266(36), 24613-24620.
  16. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, M.A. (2016). Keratin: Struktur, mekaniske egenskaper, forekomst i biologiske organismer, og innsats ved bioinspirasjon. Fremgang i materialvitenskap. Elsevier Ltd.
  17. Warrick, H. M., & Spudich, J. a. (1987). Myosinstruktur og funksjon i cellemotilitet. Årlig gjennomgang av cellebiologi, 3, 379-421.
  18. Zhang, S. Q., Kulp, D. W., Schramm, C. A., Mravic, M., Samish, I., & Degrado, W. F. (2015). Membran- og løselig-protein-helix-helix-interaktiviteten: Lignende geometri via forskjellige interaksjoner. struktur, 23(3), 527-541