Alfa-helixstructuur en functioneel belang



de alpha-helix is de eenvoudigste secundaire structuur die een proteïne in de ruimte kan aannemen volgens de starheid en vrijheid van rotatie van de bindingen tussen zijn aminozuurresten.

Het wordt gekenmerkt door de spiraalvorm waarin de aminozuren zijn gerangschikt, die lijken te zijn gerangschikt rond een denkbeeldige lengteas met de R-groepen naar de buitenzijde van dit.

Alfa-helices werden eerst beschreven in 1951 door Pauling en collega's, die de gegevens gebruikt op de interatomaire afstanden bindingshoeken en andere structurele parameters van peptiden en aminozuren de meest waarschijnlijke configuraties voorspellen dat de ketens kunnen nemen polypeptide.

De beschrijving van de alfa-helix voortgekomen uit het zoeken naar alle mogelijke structuren op een peptideketen ze gestabiliseerd door waterstofbindingen, waarbij de resten waren stoichiometrisch equivalente en configuratie van elke ware vlak, zoals aangegeven door data resonantie van de peptidebindingen die beschikbaar waren voor de datum.

Deze secundaire structuur komt het meest voor onder eiwitten en wordt door zowel oplosbare eiwitten als integrale membraaneiwitten geadopteerd. Er wordt aangenomen dat meer dan 60% van de eiwitten bestaat in de vorm van alfa-helix of bètasheet.

index

  • 1 structuur
  • 2 Functioneel belang
    • 2.1 Miosin
    • 2.2 Collageen
    • 2.3 Keratine
    • 2.4 Hemoglobine
    • 2.5 Eiwitten typen "zinkvingers"
  • 3 referenties

structuur

In het algemeen heeft elke draaiing van een alfahelix gemiddeld 3,6 aminozuurresiduen, wat ruwweg overeenkomt met een lengte van 5,4 A. Hoeken en rotatielengtes variëren echter van het ene eiwit tot het andere met strikte afhankelijkheid van de aminozuursequentie van de primaire structuur.

De meeste alfa-helices hebben een rechtshandige wending, maar op dit moment is het bekend dat eiwitten met alfa-helices kunnen bestaan ​​met linkshandige wendingen. De voorwaarde voor de ene of de andere is dat alle aminozuren zich in dezelfde configuratie bevinden (L of D), omdat ze verantwoordelijk zijn voor de richting van de beurt.

De stabilisatie van deze belangrijke structurele redenen voor de eiwitwereld wordt gegeven door waterstofbruggen. Deze banden zijn tussen het waterstofatoom gehecht aan elektronegatieve stikstof van een peptidebinding en het zuurstofatoom van de aminozuur carbonzuur elektronegatieve vier posities verder de N-eindstandige zich.

Elke draai van de helix is ​​op zijn beurt gekoppeld aan de volgende door waterstofbruggen, die fundamenteel zijn om de algehele stabiliteit van het molecuul te bereiken..

Niet alle peptiden kunnen stabiele alfa-helices vormen. Dit wordt gegeven door de intrinsieke capaciteit van elk aminozuur in de keten om helices te vormen, die direct gerelateerd is aan de chemische en fysische aard van de substituent R-groepen ervan..

Bijvoorbeeld, bij een bepaalde pH kunnen veel polaire resten dezelfde lading verkrijgen, zodat ze niet achter elkaar in een spiraal kunnen worden gelokaliseerd omdat de afstoting ertussen een grote vervorming zou impliceren..

De grootte, vorm en positie van de aminozuren zijn ook belangrijke determinanten van helixstabiliteit. Zonder verder te gaan, zouden residuen zoals Asn, Ser, Thr en Cys die dicht bij elkaar in de sequentie zijn gepositioneerd ook een negatief effect kunnen hebben op de configuratie van de alfa-helix.

Op dezelfde manier hangen de hydrofobiciteit en hydrofiliteit van de alfa-helixvormige segmenten in een gegeven peptide exclusief af van de identiteit van de R-groepen van de aminozuren.

In integrale membraaneiwitten zijn er overvloedige alfa-helices met residuen met een sterk hydrofoob karakter, strikt noodzakelijk voor de insertie en configuratie van de segmenten tussen de apolaire staarten van de samenstellende fosfolipiden..

De oplosbare eiwitten daarentegen hebben alfa-helices die rijk zijn aan polaire resten, die een betere interactie mogelijk maken met het waterige medium dat aanwezig is in het cytoplasma of interstitiële ruimten..

Functioneel belang

De alfa-helixmotieven hebben een breed scala aan biologische functies. Specifieke interactiepatronen tussen de helices spelen een cruciale rol in de functie, assemblage en oligomerisatie van zowel membraaneiwitten als oplosbare eiwitten.

Deze domeinen zijn aanwezig in veel transcriptiefactoren, belangrijk vanuit het oogpunt van de regulatie van genexpressie. Ze zijn ook aanwezig in eiwitten met structurele relevantie en in membraaneiwitten die functies van transport en / of transmissie van signalen van verschillende soorten hebben.

Hier zijn enkele klassieke voorbeelden van eiwitten met alfahelices:

myosine

Myosine is een door actine geactiveerde ATPase die verantwoordelijk is voor spiercontractie en een verscheidenheid aan vormen van celmobiliteit. Zowel spier- als niet-spiermyosinen bestaan ​​uit twee gebieden of bolvormige "hoofden" met elkaar verbonden door een lange spiraalvormige alfa "staart"..

collageen

Een derde van het totale eiwitgehalte van het menselijk lichaam wordt weergegeven door collageen. Het is de meest overvloedige eiwitten in de extracellulaire ruimte en de onderscheidende kenmerkende structureel motief bestaat uit drie evenwijdige draden met een linksdraaiend scroll configuratie ze samen een drievoudige helix vormen kloksgewijs.

keratine

Keratinen zijn een groep van filamentvormende eiwitten die worden geproduceerd door sommige epitheelcellen in gewervelde dieren. Ze zijn het hoofdbestanddeel van de nagels, het haar, de klauwen, de schaal van de schildpadden, de hoorns en de veren. Een deel van zijn fibrillaire structuur wordt gevormd door alfa-helixsegmenten.

hemoglobine

Zuurstof in het bloed wordt getransporteerd door hemoglobine. Het globinegedeelte van dit tetramere eiwit bestaat uit twee identieke alfa-helices van elk 141 residuen en twee bètaketens van elk 146 resten..

"Zinkvinger" type eiwitten

Eukaryoten hebben een schat type zinkvinger eiwit, werkzaam voor verschillende doeleinden: DNA herkenning, RNA verpakking, transcriptionele activering, regulering van apoptose, eiwitvouwing, etc. Veel zinkvingereiwitten bezitten alfahelices als een hoofdcomponent van hun structuur en ze zijn essentieel voor hun functie.

referenties

  1. Aurora, R., Srinivasan, R., & Rose, G.D. (1994). Regels voor a-alpha-Helix Beëindiging door Glycine. wetenschap, 264(5162), 1126-1130.
  2. Blaber, M., Zhang, X., & Matthews, B. (1993). Structurele basis van de neiging van amino-alfa-helix. wetenschap, 260(1), 1637-1640.
  3. Brennan, R.G., & Matthews, B.W. (1989). Het helix-draai-helix DNA-bindende motief. Journal of Biological Chemistry, 264(4), 1903-1906.
  4. Eisenberg, D. (2003). De ontdekking van de structurele kenmerken van alpha-helix en beta-sheet-eiwitten, de belangrijkste. PNAS, 100(20), 11207-11210. Huggins, M. L. (1957). De structuur van alfa-keratine. chemie, 43, 204-209.
  5. Klement, W., Willens, R., & Duwez, P. (1960). Structuur van myoglobine. natuur, 185, 422-427.
  6. Laity, J.H., Lee, B.M., & Wright, P.E. (2001). Zinkvingereiwitten: nieuwe inzichten in structurele en functionele diversiteit. Huidige mening in de structurele biologie, 11(1), 39-46.
  7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Moleculaire celbiologie (5de ed.). Freeman, W. H. & Company.
  8. Luckey, M. (2008). Membraan structurele biologie: met biochemische en biofysische grondslagen. Cambridge University Press. Opgehaald van www.cambridge.org/9780521856553
  9. McKay, M.J., Afrose, F., Koeppe, R.E., & Greathouse, D.V. (2018). Helixvorming en stabiliteit in membranen. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembranen, 1860(10), 2108-2117.
  10. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehninger Principles of Biochemistry. Omega-edities (5de ed.).
  11. Pauling, L., Corey, R. B., & Branson, H.R. (1951). De structuur van eiwitten: twee waterstofgebonden helixconfiguraties van de polypeptideketen. Proceedings van de National Academy of Sciences van de Verenigde Staten van Amerika, 37, 205-211.
  12. Perutz, M.F. (1978). Hemoglobinestructuur en respiratoir transport. Scientific American, 239(6), 92-125.
  13. Scholtz, J. M., & Baldwin, R. L. (1992). Het mechanisme van alfahelix-vorming door peptiden. Jaaroverzicht van biofysica en biomoleculaire structuur, 21(1), 95-118.
  14. Shoulders, M. D., & Raines, R. T. (2009). Collageenstructuur en stabiliteit. Jaaroverzicht van de biochemie, 78(1), 929-958.
  15. Subramaniams, A., Jones, W.K., Gulick, J., & Neumannli, J. (1991). Weefselspecifieke regulatie van de alfa-myosine zware keten genpromotor in transgene muizen. The Journal of Biological Chemistry, 266(36), 24613-24620.
  16. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, M.A. (2016). Keratine: structuur, mechanische eigenschappen, voorkomen in biologische organismen en inspanningen bij bioinspiratie. Vooruitgang in de materiaalwetenschap. Elsevier Ltd.
  17. Warrick, H. M., & Spudich, J.a. (1987). Myosinestructuur en functie in celmotiliteit. Jaaroverzicht van celbiologie, 3, 379-421.
  18. Zhang, S. Q., Kulp, D.W., Schramm, C.A., Mravic, M., Samish, I., & Degrado, W.F. (2015). Het membraan- en oplosbare-eiwit helix-helix-interactoom: vergelijkbare geometrie via verschillende interacties. structuur, 23(3), 527-541