Alfa šroubovice je nejjednodušší sekundární struktura, že protein může přijmout v prostoru v závislosti na tuhosti a volného otáčení vazeb mezi jeho aminokyselinových zbytků.
Je charakterizován spirálovým tvarem, ve kterém jsou uspořádány aminokyseliny, které se zdají být uspořádány kolem imaginární podélné osy s R skupinami směřujícími ven.
Schéma struktury alfa helixu (Alejandro Porto, přes Wikimedia Commons)
Alfa helixy byly poprvé popsány v roce 1951 Paulingem et al., Který použil dostupná data o interatomických vzdálenostech, vazebných úhlech a dalších strukturních parametrech peptidů a aminokyselin k predikci nejpravděpodobnějších konfigurací, které by řetězce mohly předpokládat. polypeptidy.
Popis alfa helixu vznikl při hledání všech možných struktur v peptidovém řetězci, které byly stabilizovány vodíkovými vazbami, kde zbytky byly stechiometricky ekvivalentní a konfigurace každé z nich byla rovinná, jak ukazují údaje z rezonance peptidových vazeb, které byly dosud k dispozici.
Tato sekundární struktura je nejběžnější mezi proteiny a je přijímána jak rozpustnými proteiny, tak integrálními membránovými proteiny. Předpokládá se, že více než 60% proteinů existuje ve formě alfa helixu nebo beta listu.
Struktura
Obecně má každá otáčka alfa helixu průměrně 3,6 aminokyselinových zbytků, což je zhruba 5,4 Á na délku. Úhly a délky zatáčky se však liší od proteinu k proteinu s přísnou závislostí na aminokyselinové sekvenci primární struktury.
Většina alfa helixů má pravotočivou zatáčku, ale nyní je známo, že mohou existovat proteiny s alfa helixy s levotočivými tahy. Podmínkou, že dojde k jedné nebo druhé, je to, že všechny aminokyseliny jsou ve stejné konfiguraci (L nebo D), protože jsou zodpovědné za směr otáčení.
Stabilizace těchto důležitých strukturálních motivů pro proteinový svět je dána vodíkovými vazbami. K těmto vazbám dochází mezi atomem vodíku připojeným k elektronegativnímu dusíku peptidové vazby a elektronegativním atomem karboxylového kyslíku aminokyseliny o čtyři pozice dále, v N-terminální oblasti vzhledem k sobě.
Každý závit helixu je zase připojen k dalšímu vodíkovými vazbami, které jsou nezbytné pro dosažení celkové stability molekuly.
Ne všechny peptidy mohou tvořit stabilní alfa helixy. To je dáno vnitřní schopností každé aminokyseliny v řetězci tvořit helixy, které přímo souvisí s chemickou a fyzikální povahou jejích substituentů R.
Například při určitém pH může mnoho polárních zbytků získat stejný náboj, takže nemohou být umístěny postupně do spirály, protože odpuzování mezi nimi by znamenalo velké zkreslení.
Velikost, tvar a poloha aminokyselin jsou také důležitými determinanty spirálové stability. Aniž by to šlo dále, zbytky jako Asn, Ser, Thr a Cys umístěné těsně v sekvenci by také mohly mít negativní účinek na konfiguraci alfa helixu.
Stejným způsobem závisí hydrofobnost a hydrofilnost alfa helikálních segmentů v daném peptidu výhradně na identitě R skupin aminokyselin.
V integrálních membránových proteinech alfa spirály oplývají zbytky silného hydrofobního charakteru, což je nezbytně nutné pro vložení a konfiguraci segmentů mezi nepolární konce podstatných fosfolipidů.
Na druhé straně rozpustné proteiny mají alfa helixy bohaté na polární zbytky, které umožňují lepší interakci s vodným médiem přítomným v cytoplazmě nebo v intersticiálních prostorech.
Funkční význam
Motivy alfa helixu mají širokou škálu biologických funkcí. Specifické vzorce interakce mezi helixy hrají klíčovou roli ve funkci, sestavení a oligomerizaci jak membránových proteinů, tak rozpustných proteinů.
Tyto domény jsou přítomny v mnoha transkripčních faktorech, důležitých z hlediska regulace genové exprese. Jsou také přítomny v proteinech se strukturálním významem a v membránových proteinech, které mají transportní a / nebo přenosové funkce různých druhů.
Zde je několik klasických příkladů proteinů s alfa helixy:
Myosin
Myosin je aktinem aktivovaná ATPáza, která je zodpovědná za svalovou kontrakci a různé formy buněčné mobility. Svalové i nesvalové myosiny se skládají ze dvou kulovitých oblastí nebo „hlav“ spojených dohromady dlouhým alfa helikálním „ocasem“.
Kolagen
Třetinu celkového obsahu bílkovin v lidském těle představuje kolagen. Je to nejhojnější protein v extracelulárním prostoru a jeho charakteristickou vlastností je strukturální motiv složený ze tří paralelních řetězců s levotočivou spirálovitou konfigurací, které se spojují a vytvářejí dextrorotační smyslovou trojitou spirálu.
Keratin
Keratiny jsou skupinou proteinů vytvářejících vlákna, které jsou produkovány některými epiteliálními buňkami na obratlovcích. Jsou hlavní složkou nehtů, vlasů, drápů, skořápky želv, rohů a peří. Část jeho fibrilární struktury je tvořena alfa helixovými segmenty.
Struktura keratinu (Mlpatton, od Wikimedia Commons)
Hemoglobin
Kyslík v krvi je přenášen hemoglobinem. Globinová část tohoto tetramerického proteinu sestává ze dvou identických alfa helixů po 141 zbytcích a dvou beta řetězcích po 146 zbytcích.
Proteiny typu „zinkového prstu“
Eukaryotické organismy mají velké množství proteinů se zinkovými prsty, které fungují pro různé účely: rozpoznávání DNA, RNA balení, transkripční aktivace, regulace apoptózy, skládání proteinů atd. Mnoho bílkovin zinkových prstů má alfa helixy jako hlavní složku své struktury a které jsou nezbytné pro jejich funkci.
Reference
- Aurora, R., Srinivasan, R., & Rose, GD (1994). Pravidla pro ukončení alfa-helixu pomocí glycinu. Science, 264 (5162), 1126-1130.
- Blaber, M., Zhang, X. a Matthews, B. (1993). Strukturální základy sklonu alfa helixu aminokyseliny. Science, 260 (1), 1637-1640.
- Brennan, RG, a Matthews, BW (1989). Vazebný motiv helix-turn-helix DNA. Journal of Biological Chemistry, 264 (4), 1903-1906.
- Eisenberg, D. (2003). Objev strukturních vlastností proteinů alfa-helix a beta-list, hlavní. Pnas, 100 (20), 11207-11210. Huggins, ML (1957). Struktura alfa keratinu. Chemistry, 43, 204-209.
- Klement, W., Willens, R., & Duwez, P. (1960). Struktura myoglobinu. Nature, 185, 422-427.
- Laity, JH, Lee, BM, a Wright, PE (2001). Proteiny zinkových prstů: Nové pohledy na strukturální a funkční rozmanitost. Aktuální názor na strukturální biologii, 11 (1), 39–46.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H.,… Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. ed.). Freeman, WH & Company.
- Luckey, M. (2008). Strukturní biologie membrány: s biochemickými a biofyzikálními základy. Cambridge University Press. Citováno z www.cambridge.org/9780521856553
- McKay, MJ, Afrose, F., Koeppe, RE a Greathouse, DV (2018). Tvorba šroubovice a stabilita v membránách. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembranes, 1860 (10), 2108–2117.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerovy principy biochemie. Vydání Omega (5. vydání).
- Pauling, L., Corey, RB, & Branson, HR (1951). Struktura proteinů: dvě vodíkově vázané spirálové konfigurace polypeptidového řetězce. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických, 37, 205–211.
- Perutz, MF (1978). Struktura hemoglobinu a transport dýchacích cest. Scientific American, 239 (6), 92–125.
- Scholtz, JM, a Baldwin, RL (1992). Mechanismus tvorby alfa-helixu peptidy. Roční přehled biofyziky a biomolekulární struktury, 21 (1), 95–118.
- Shoulders, MD, & Raines, RT (2009). Struktura a stabilita kolagenu. Annual Review of Biochemistry, 78 (1), 929-958.
- Subramaniams, A., Jones, WK, Gulick, J. & Neumannli, J. (1991). Tkáňově specifická regulace promotoru genu těžkého řetězce alfa-myosinu u transgenních myší. The Journal of Biological Chemistry, 266 (36), 24613–24620.
- Wang, B., Yang, W., McKittrick, J. a Meyers, MA (2016). Keratin: Struktura, mechanické vlastnosti, výskyt v biologických organismech a snaha o bioinspiraci. Pokrok ve vědě o materiálech. Elsevier Ltd.
- Warrick, HM, a Spudich, J. a. (1987). Struktura a funkce myosinu v pohyblivosti buněk. Roční přehled buněčné biologie, 3, 379–421.
- Zhang, SQ, Kulp, DW, Schramm, CA, Mravic, M., Samish, I., & Degrado, WF (2015). Interaktivní membránový a rozpustný protein helix-helix: podobná geometrie prostřednictvím různých interakcí. Struktura, 23 (3), 527–541