Alfa-helixstruktur och funktionell betydelse



den alfa helix är den enklaste sekundära strukturen som ett protein kan anta i rymden i enlighet med styvheten och rotationsfriheten hos bindningarna mellan dess aminosyrarester.

Det kännetecknas av spiralformen i vilken aminosyrorna är anordnade, vilka verkar anordnas runt en imaginär längdaxel med R-grupperna på utsidan av detta.

Alfahelixar beskrevs först 1951 av Pauling och kollegor, som använde data som finns på de interatomära avstånd, bindningsvinklar och andra strukturella parametrar för peptider och aminosyror för att förutsäga de mest sannolika konfiguration som kunde ta kedjorna polypeptid.

Beskrivningen av alfa-helix framkom från sökningen för alla möjliga strukturer på en peptidkedja de var stabiliserade av vätebindningar, där resterna var stökiometriskt ekvivalent och konfiguration av varje det vore plana, såsom indikeras av data som resonans av peptidbindningarna som fanns tillgängliga för datumet.

Denna sekundära struktur är den vanligaste bland proteiner, och den antas av både lösliga proteiner och integrerade membranproteiner. Man tror att mer än 60% av proteiner finns i form av alfa-helix eller beta-ark.

index

  • 1 struktur
  • 2 Funktionell betydelse
    • 2,1 Miosin
    • 2.2 kollagen
    • 2,3 keratin
    • 2.4 Hemoglobin
    • 2,5 Protein typ "zink fingrar"
  • 3 referenser

struktur

I allmänhet har varje sväng av en alfa-helix i genomsnitt 3,6 aminosyrarester, vilket är ungefär lika med 5,4 Å i längd. Vinklar och rotationslängder varierar emellertid från ett protein till ett annat med strikt beroende av aminosyrasekvensen för den primära strukturen.

De flesta alfa-helixer har en högerhändig vändning, men det är för närvarande känt att proteiner med alfa-helixer kan existera med vänsterhänt varv. Villkoren för den ena eller den andra att inträffa är att alla aminosyror är i samma konfiguration (L eller D), eftersom de är ansvariga för vridriktningen.

Stabiliseringen av dessa viktiga strukturella skäl till proteinvärlden ges av vätebindningar. Dessa bindningar förekommer mellan väteatomen bunden till det elektronegativa kvävet i en peptidbindning och den elektronegativa karboxylsyraatom i aminosyran fyra positioner senare i den N-terminala regionen med avseende på sig själv.

Varje tur till spiralen är i sin tur kopplad till nästa av vätebindningar, vilka är grundläggande för att uppnå molekylens totala stabilitet.

Inte alla peptider kan bilda stabila alfa-helixer. Detta ges av den inneboende kapaciteten hos varje aminosyra i kedjan för att bilda helixer, som är direkt relaterad till den kemiska och fysiska naturen hos dess substituent R-grupper..

Till exempel, vid ett visst pH-värde kan många polära rester förvärva samma laddning, så att de inte kan lokaliseras i följd i en spiral eftersom repulsionen mellan dem skulle innebära stor förvrängning i den..

Aminosyrans storlek, form och position är också viktiga determinanter för spiralformig stabilitet. Utan att gå vidare kan rester som Asn, Ser, Thr och Cys placerade i närheten av sekvensen också ha en negativ effekt på konfigurationen av alfa-helixen.

På samma sätt beror hydrofobiciteten och hydrofiliteten hos de alfa-spiralformiga segmenten i en given peptid uteslutande på identiteten av R-grupperna i aminosyrorna.

Integrala membranproteiner i alfahelixar överflöd med rester stark hydrofobicitet, är absolut nödvändig för insättning och konfigurationen av segmenten mellan den opolära svansar beståndsdelar fosfolipider.

Lösliga proteiner har emellertid rik på polära rester alfahelixar, som möjliggör en bättre interaktion med det vattenhaltiga mediet som föreligger i cytoplasman eller i mellanrummen.

Funktionell betydelse

Alfa-helixmotiven har ett brett spektrum av biologiska funktioner. Specifika interaktionsmönster mellan spiralerna spelar en kritisk roll i funktionen, montering och oligomerisering av både membranproteiner och lösliga proteiner.

Dessa domäner är närvarande i många transkriptionsfaktorer, viktiga från synpunkten av reglering av genuttryck. De är också närvarande i proteiner med strukturell relevans och i membranproteiner som har funktioner för transport och / eller överföring av signaler av olika slag.

Här är några klassiska exempel på proteiner med alfa-helixer:

myosin

Myosin är ett ATPas aktiverat av aktin som är ansvarig för muskelkontraktion och en mängd olika former av cellmobilitet. Både muskel- och icke-muskulära myosiner består av två regioner eller globulära "huvuden" som är sammanlänkade med en lång spiralformad alfa "svans".

kollagen

En tredjedel av kroppens totala proteininnehåll representeras av kollagen. Det är den mest förekommande proteinet i det extracellulära utrymmet och dess särskiljande egenskap strukturellt motiv bestående av tre parallella strängar med en vänstervridande rullnings konfiguration, de förenas för att bilda en trippelhelix medurs riktning.

keratin

Keratiner är en grupp av filamentbildande proteiner som produceras av vissa epitelceller hos ryggradsdjur. De är huvuddelen av naglarna, håret, klorna, sköldpaddans skal, hornen och fjädrarna. En del av sin fibrillära struktur är bildad av alfa-helix-segment.

hemoglobin

Syre i blodet transporteras av hemoglobin. Globindelen av detta tetramera protein består av två identiska alfa-heliker med 141 rester vardera och två betakedjor med 146 rester vardera..

"Zink finger" typ proteiner

Eukaryotiska organismer har en mängd zinkfingerproteiner, som arbetar för olika ändamål: DNA-igenkänning, RNA-förpackning, transkriptionell aktivering, reglering av apoptos, proteinvikning etc. Många zinkfingerproteiner har alfa-helixer som en huvudkomponent i deras struktur och de är viktiga för deras funktion.

referenser

  1. Aurora, R., Srinivasan, R., & Rose, G. D. (1994). Regler för a-alfa-Helix-uppsägning av glycin. Science, 264(5162), 1126-1130.
  2. Blaber, M., Zhang, X., & Matthews, B. (1993). Strukturell grund för aminosyra alfa-helixbenägenhet. Science, 260(1), 1637-1640.
  3. Brennan, R.G., & Matthews, B.W. (1989). Helix-turn-helix-DNA-bindningsmotivet. Journal of Biological Chemistry, 264(4), 1903-1906.
  4. Eisenberg, D. (2003). Upptäckten av de strukturella egenskaperna hos alfa-helix och beta-ark proteiner, huvuddelen. PNAS, 100(20), 11207-11210. Huggins, M.L. (1957). Strukturen av alfa keratin. kemi, 43, 204-209.
  5. Klement, W., Willens, R., & Duwez, P. (1960). Myoglobins struktur. Nature, 185, 422-427.
  6. Laity, J.H., Lee, B.M., & Wright, P.E. (2001). Zinkfingerproteiner: Ny insikt i strukturell och funktionell mångfald. Nuvarande yttrande inom strukturell biologi, 11(1), 39-46.
  7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5: e upplagan). Freeman, W.H. & Company.
  8. Luckey, M. (2008). Membranstrukturbiologi: med biokemiska och biofysiska fundament. Cambridge University Press. Hämtad från www.cambridge.org/9780521856553
  9. McKay, M.J., Afrose, F., Koeppe, R.E. & Greathouse, D.V. (2018). Helixbildning och stabilitet i membran. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembraner, 1860(10), 2108-2117.
  10. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehninger-principerna för biokemi. Omega-utgåvor (5: e upplagan).
  11. Pauling, L., Corey, R. B., & Branson, H.R. (1951). Strukturen av proteiner: två vätebundna spiralformade konfigurationer av polypeptidkedjan. Förhandlingar vid National Academy of Sciences i USA, 37, 205-211.
  12. Perutz, M. F. (1978). Hemoglobinstruktur och luftvägar. Vetenskaplig amerikan, 239(6), 92-125.
  13. Scholtz, J. M., & Baldwin, R. L. (1992). Mekanismen av alfa-helixformation av peptider. Årlig granskning av biofysik och biomolekylär struktur, 21(1), 95-118.
  14. Shoulder, M. D., & Raines, R. T. (2009). Kollagenstruktur och stabilitet. Årlig granskning av biokemi, 78(1), 929-958.
  15. Subramaniams, A., Jones, W. K., Gulick, J., & Neumannli, J. (1991). Vävnadsspecifik reglering av alfa-Myosin tungkedjegenpromotorn i transgena möss. Journal of Biological Chemistry, 266(36), 24613-24620.
  16. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, M.A. (2016). Keratin: Struktur, mekaniska egenskaper, förekomst i biologiska organismer och insatser vid bioinspiration. Framsteg i materialvetenskap. Elsevier Ltd.
  17. Warrick, H. M., & Spudich, J. a. (1987). Myosinstruktur och funktion i cellmotilitet. Årlig granskning av cellbiologi, 3, 379-421.
  18. Zhang, S. Q., Kulp, D.W., Schramm, C.A., Mravic, M., Samish, I., & Degrado, W. F. (2015). Membran- och löslig-protein-helix-helix-interaktionen: Liknande geometri via olika interaktioner. struktur, 23(3), 527-541