Alfa hélix szerkezete és funkcionális jelentősége



az alfa hélix a legegyszerűbb másodlagos szerkezet, amelyet egy fehérje képes befogadni az űrben az aminosav-maradékai közötti kötések merevségének és forgási szabadságának megfelelően..

Jellemzője, hogy az aminosavak elrendezett spirális alakja van, amely úgy tűnik, hogy egy képzeletbeli hosszirányú tengely körül van elhelyezve az R csoportokkal, ezen kívül..

Az alfa-hélixeket 1951-ben Pauling és munkatársai írták le, akik rendelkezésre álló adatokat használtak a peptidek és aminosavak interatomikus távolságairól, összekötési szögeiről és egyéb szerkezeti paramétereiről, hogy megjósolják a láncok legvalószínűbb konfigurációit. polipeptid.

Az alfa-hélix leírása a peptidlánc összes lehetséges struktúrájának keresésekor keletkezett, amelyeket hidrogénkötésekkel stabilizáltak, ahol a maradékok sztöchiometrikusan egyenértékűek, és mindegyikük síkbeli, amint azt az adatok adták. a dátumhoz rendelkezésre álló peptidkötések rezonanciája.

Ez a másodlagos szerkezet a leggyakoribb fehérjék között, és mind az oldható fehérjék, mind az integrált membránfehérjék alkalmazzák. Úgy véljük, hogy a fehérjék több mint 60% -a alfa-spirál vagy béta-lap formájában létezik.

index

  • 1 Szerkezet
  • 2 Funkcionális jelentőség
    • 2.1 Miosin
    • 2.2 Kollagén
    • 2.3 Keratin
    • 2.4 Hemoglobin
    • 2.5 "cink ujjak" típusú fehérjék
  • 3 Referenciák

struktúra

Általánosságban elmondható, hogy az alfa-hélix minden egyes fordulata átlagosan 3,6 aminosavmaradékot tartalmaz, ami nagyjából megegyezik 5,4 Å hosszúsággal. Azonban a szögek és a forgási hosszúságok fehérjéből változnak, az elsődleges szerkezet aminosav-szekvenciájától függően.

A legtöbb alfa-hélixnek jobbkezes fordulata van, de jelenleg ismert, hogy az alfa-hélixekkel rendelkező fehérjék balkezes fordulatokkal rendelkezhetnek. Az egyik vagy a másik feltétele, hogy az összes aminosav ugyanabban a konfigurációban van (L vagy D), mert felelősek a fordulat irányáért..

A fehérje világának ezen fontos szerkezeti okainak stabilizálását hidrogénkötések adják. Ezek a kötések a peptidkötés elektronegatív nitrogénjéhez kapcsolódó hidrogénatom és az aminosav elektronegatív karbonsav-atomja között négy pozícióban jelentkeznek az N-terminális régióban önmagában..

A hélix minden fordulata hidrogénkötéssel kapcsolódik a következőhöz, amelyek alapvető fontosságúak a molekula általános stabilitásának eléréséhez..

Nem minden peptid képes stabil alfa-hélixeket képezni. Ezt a láncban lévő aminosavak belső kapacitása adja, amelyek hélixeket képeznek, ami közvetlenül kapcsolódik az R szubsztituensek kémiai és fizikai természetéhez..

Például, bizonyos pH-értékeknél sok poláris maradék megszerzi ugyanazt a töltést, így nem lehet egymás után egy spirálban elhelyezni, mivel a köztük lévő megtorlás nagy torzulást jelentene benne..

Az aminosavak mérete, alakja és helyzete szintén fontos szerepet játszik a helikális stabilitásban. A további lépések nélkül az olyan szekvenciák, mint például az Asn, Ser, Thr és Cys, amelyek a szekvencia közelében helyezkednek el, negatívan befolyásolhatják az alfa-spirál konfigurációját is..

Ugyanígy az adott peptidben lévő alfa-spirális szegmensek hidrofób és hidrofilitása kizárólag az aminosavak R-csoportjának azonosságától függ..

Az integrált membránfehérjékben bőséges alfa-hélixek vannak, amelyek erős hidrofób karakterűek, és amelyek feltétlenül szükségesek a szegmensek beillesztéséhez és konfigurálásához az alkotó foszfolipidek apoláris farka között.

Az oldható fehérjék ezzel szemben poláros aminosavakban gazdag alfa-hélixeket tartalmaznak, amelyek lehetővé teszik a citoplazmában vagy a közbenső térben lévő vizes közeggel való jobb kölcsönhatást..

Funkcionális jelentőség

Az alfa-spirál motívumok biológiai funkciók széles skálájával rendelkeznek. A hélixek közötti specifikus kölcsönhatási minták kritikus szerepet játszanak mindkét membránfehérje és oldható fehérje működésében, összeállításában és oligomerizációjában..

Ezek a domének számos transzkripciós faktorban vannak jelen, amelyek a génexpresszió szabályozásának szempontjából fontosak. Szintén jelen vannak a strukturális jelentőségű fehérjékben és a membránfehérjékben, amelyek különböző típusú transzport és / vagy transzmissziós funkciókkal rendelkeznek.

Íme néhány klasszikus példa az alfa-hélixekkel rendelkező fehérjékre:

miozin

A myosin egy aktin által aktivált ATPáz, amely az izom összehúzódásáért és a sejtek mobilitásának számos formájáért felelős. Mind az izom-, mind a nem izom-myozinok két régióból vagy egy gömb alakú "fejből" állnak, amelyeket egy hosszú spirális alpha "farok" köt össze..

kollagén

Az emberi test teljes fehérjetartalmának egyharmadát kollagén képviseli. Ez az extracelluláris térben a leggyakoribb fehérje, és jellegzetes jellemzője a három párhuzamos szálból álló, spirálisan balkezes konfigurációjú motívum, amely együttesen hármas hélixet képez, az óramutató járásával megegyező irányban..

keratin

A keratinok olyan szálképző fehérjék egy csoportja, amelyeket egyes gerinces epithelialis sejtek termelnek. Ezek a körmök, a haj, a karmok, a teknősök héja, a szarvak és a tollak fő összetevői. Fibrilláris szerkezetének egy részét alfa hélix szegmensek alkotják.

hemoglobin

A vérben lévő oxigént hemoglobin szállítja. Ennek a tetramer fehérjének globin része két azonos alfa-hélixből áll, amelyek mindegyike 141 aminosavból áll, és két béta-láncból álló 146 aminosavból..

"Cink ujj" típusú fehérjék

Az eukarióta szervezetek gazdag cink-ujjfehérjékkel rendelkeznek, amelyek különböző célokra működnek: DNS-felismerés, RNS-csomagolás, transzkripciós aktiválás, apoptózis szabályozása, fehérjeszintés stb. Számos cink-ujjfehérje alfa-hélixet tartalmaz a szerkezetük egyik fő összetevőjeként, és elengedhetetlen azok működéséhez.

referenciák

  1. Aurora, R., Srinivasan, R., és Rose, G. D. (1994). A Glycine által az a-alfa-Helix megszűnés szabályai. tudomány, 264(5162), 1126-1130.
  2. Blaber, M., Zhang, X. és Matthews, B. (1993). Az aminosav alfa hélix hajlamának szerkezeti alapja. tudomány, 260(1), 1637-1640.
  3. Brennan, R. G. és Matthews, B. W. (1989). A hélix-turn-helix DNS-kötő motívum. Journal of Biological Chemistry, 264(4), 1903-1906.
  4. Eisenberg, D. (2003). Az alfa-hélix és a béta-lemez fehérjék szerkezeti jellemzőinek felfedezése, a fő. PNAS, 100(20), 11207-11210. Huggins, M. L. (1957). Az alfa-keratin szerkezete. kémia, 43, 204-209.
  5. Klement, W., Willens, R. és Duwez, P. (1960). A myoglobin szerkezete. természet, 185, 422-427.
  6. Laity, J. H., Lee, B. M. és Wright, P. E. (2001). Cink ujjfehérjék: Új felfogások a strukturális és funkcionális sokféleségről. Jelenlegi vélemény a strukturális biológiában, 11(1), 39-46.
  7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Molekuláris sejtbiológia (5. kiadás). Freeman, W. H. & Company.
  8. Luckey, M. (2008). Membrán szerkezeti biológia: biokémiai és biofizikai alapokkal. Cambridge University Press. A www.cambridge.org/9780521856553-ból származik
  9. McKay, M. J., Afrose, F., Koeppe, R. E., és Greathouse, D.V. (2018). Hélix képződés és stabilitás a membránokban. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembránok, 1860(10), 2108-2117.
  10. Nelson, D. L. és Cox M. M. (2009). A biokémia Lehninger alapelvei. Omega kiadások (5. kiadás).
  11. Pauling, L., Corey, R. B. és Branson, H. R. (1951). A fehérjék szerkezete: a polipeptidlánc két hidrogénkötésű spirális konfigurációja. Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémiájának eljárása, 37, 205-211.
  12. Perutz, M. F. (1978). Hemoglobin szerkezet és légúti szállítás. Tudományos amerikai, 239(6), 92-125.
  13. Scholtz, J. M. és Baldwin, R. L. (1992). Az alfa-spirálképződés mechanizmusa a peptidekkel. A biofizika és a biomolekuláris szerkezet éves felülvizsgálata, 21(1), 95-118.
  14. O. D., és Raines, R. T. (2009). A kollagén szerkezete és stabilitása. A biokémia éves felülvizsgálata, 78(1), 929-958.
  15. Subramaniams, A., Jones, W.K., Gulick, J. és Neumannli, J. (1991). Az a-miozin nehézlánc gén promoter szöveti specifikus szabályozása transzgenikus egerekben. A Biológiai Kémia Lapja, 266(36), 24613-24620.
  16. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, M.A. (2016). Keratin: Szerkezet, mechanikai tulajdonságok, biológiai szervezetekben bekövetkező előfordulások és a bioinspirációs erőfeszítések. Az anyagtudomány terén elért haladás. Elsevier Kft.
  17. Warrick, H. M. és Spudich, J. a. (1987). Myosin szerkezete és funkciója a sejtmotilitásban. A sejtbiológia éves felülvizsgálata, 3, 379-421.
  18. Zhang, S. Q., Kulp, D. W., Schramm, C. A., Mravic, M., Samish, I. és Degrado, W. F. (2015). A membrán- és oldható-fehérje hélix-hélix interaktív: hasonló geometria a különböző kölcsönhatásokon keresztül. struktúra, 23(3), 527-541