Az alfa-hélix a legegyszerűbb másodlagos szerkezet, amelyet egy fehérje képes elfogadni az űrben, az aminosavmaradékok közötti kötések merevsége és forgási szabadsága szerint.
Jellemzője, hogy az aminosavak spirális alakban vannak elhelyezve, amelyek úgy tűnik, hogy egy képzeletbeli hossztengely körül vannak elrendezve, az R csoportok felé nézzenek.
Az alfa-hélix szerkezetének vázlata (Alejandro Porto, a Wikimedia Commons-n keresztül)
Az alfa-helikódokat először 1951-ben írta le Pauling és munkatársai, akik rendelkezésre álló adatokat használtak a peptidek és aminosavak közötti interatomikus távolságokra, kötési szögekre és egyéb szerkezeti paraméterekre, hogy megjósolják a láncok feltételezhető konfigurációit. polipeptidek.
Az alfa-hélix leírása a peptidláncban az összes lehetséges szerkezet felkutatásából származik, amelyet hidrogénkötésekkel stabilizáltak, ahol a maradékok sztöchiometrikusan ekvivalensek voltak, és mindegyik konfigurációja sík volt, amint azt a a mai napig rendelkezésre álló peptidkötések rezonanciája.
Ez a szekunder szerkezet a leggyakoribb a fehérjék között, és mind az oldható fehérjék, mind az integrált membránfehérjék átveszik. Úgy gondolják, hogy a fehérjék több mint 60% -a létezik alfa-hélix vagy béta-lemez formájában.
Szerkezet
Általában az alfa-hélix minden fordulata átlagosan 3,6 aminosavmaradékkal rendelkezik, ami durván 5,4 Å hosszú. A fordulási szögek és hosszúságok azonban fehérjéktől függően változnak, szigorúan függve az elsődleges szerkezet aminosav-szekvenciájától.
A legtöbb alfa-heliklikus balkezes fordulással rendelkezik, de ma már ismert, hogy a balkezes fordulatokkal rendelkező alfa-heliklikus fehérjék létezhetnek. Az egyik vagy a másik előfordulásának feltétele, hogy az összes aminosav azonos konfigurációban legyen (L vagy D), mivel ők felelősek a centrifugálás irányáért.
A fehérje világának ezen fontos szerkezeti motívumainak stabilizálását hidrogénkötések biztosítják. Ezek a kötések a peptidkötés elektronegatív nitrogénjéhez kapcsolt hidrogénatom és az aminosav elektronegatív karbonsav-oxigénatomja között, az N-terminális régióban négy helyzetben helyezkednek el egymással szemben.
A hélix minden fordulatát viszont hidrogénkötések kötik össze, amelyek nélkülözhetetlenek a molekula általános stabilitásának eléréséhez.
Nem minden peptid képez stabil alfa-helikelt. Ezt az egyes aminosavak belső képessége adja meg heliklikumok kialakulásához, amelyek közvetlenül kapcsolódnak az R szubsztituens csoport kémiai és fizikai természetéhez.
Például egy bizonyos pH-nál sok poláris maradék megszerezheti ugyanazt a töltést, tehát nem helyezhetők egymás után egy spirálba, mivel a köztük tapasztalható reakció nagy torzulást jelentene benne.
Az aminosavak mérete, alakja és elhelyezkedése szintén fontos meghatározói a spirális stabilitásnak. Anélkül, hogy továbbmennénk, az olyan aminosavak, mint az Asn, Ser, Thr és Cys, amelyek egymáshoz közel helyezkednek el, negatív hatással lehetnek az alfa-hélix konfigurációjára.
Ugyanígy, az adott peptidben az alfa-spirális szegmensek hidrofób és hidrofil jellege kizárólag az aminosavak R csoportjainak azonosságától függ.
Az integrált membránfehérjékben az alfa-helikulumokban erősen hidrofób jellegű maradékok találhatók, amelyek szigorúan szükségesek a szegmensek beillesztéséhez és konfigurálásához az alkotó foszfolipidek apoláris farokai között.
Az oldódó fehérjék viszont poláris aminosavakban gazdag alfa-hélekkel rendelkeznek, amelyek jobb kölcsönhatást tesznek lehetővé a citoplazmában vagy az intersticiális terekben lévő vizes közeggel.
Funkcionális fontosság
Az alfa-hélix motívumok széles körű biológiai funkcióval rendelkeznek. A helikok közötti specifikus interakciós minták kritikus szerepet játszanak mind a membránfehérjék, mind az oldható fehérjék működésében, összeállításában és oligomerizációjában.
Ezek a domének számos transzkripciós faktorban vannak jelen, amelyek fontosak a génexpresszió szabályozásának szempontjából. Ezek jelen vannak a szerkezeti jelentőségű fehérjékben és a membránfehérjékben is, amelyek különféle transzport- és / vagy szignálátviteli funkcióval rendelkeznek.
Íme néhány klasszikus példa az alfa-helikés fehérjékre:
A miozin
A miozin egy aktin-aktivált ATPáz, amely felelős az izmok összehúzódásáért és a sejtek mobilitásának különféle formáitól. Az izomzat és a nem izomzat miozinok két gömbös régióból vagy "fejből" állnak, amelyeket hosszú alfa-spirális "farok" köti össze.
A kollagén
Az emberi test teljes fehérjetartalmának egyharmadát kollagén képviseli. Ez a legszélesebb fehérje az extracelluláris térben, és megkülönböztető tulajdonsága egy szerkezeti motívum, amely három párhuzamos szálból áll, balkezes spirális konfigurációval, amelyek összekapcsolnak egy dextrototációs érzéki hármas hélixet.
Keratin
A keratinok olyan szálakat alkotó fehérjék egy csoportját, amelyeket gerinces állatok egyes hámsejtjei termelnek. Ezek a köröm, a haj, a karom, a teknősök, a szarvak és a toll fő alkotóelemei. Fibrilláris struktúrájának egy részét alfa-hélix szegmensek alkotják.
Keratin felépítése (Mlpatton, a Wikimedia Commonsból)
Hemoglobin
A vérben az oxigént a hemoglobin hordozza. Ennek a tetramerikus proteinnek a globin része két azonos alfa-helikészből áll, amelyek mindegyike 141 aminosavból áll, és két béta láncból áll, amelyek mindegyike 146 aminosavból áll.
„Cinkujj” típusú fehérjék
Az eukarióta szervezetek nagy mennyiségben tartalmaznak cink ujjfehérjéket, amelyek különböző célokra működnek: DNS felismerés, RNS csomagolás, transzkripciós aktiválás, apoptózis szabályozása, fehérje összehajtogatás stb. Sok cink ujjfehérje szerkezetének fő alkotóeleme az alfa-hélek, amelyek működésük szempontjából nélkülözhetetlenek.
Irodalom
- Aurora, R., Srinivasan, R., és Rose, GD (1994). Az a-alfa-hélix Glicin általi megszüntetésének szabályai. Science, 264 (5162), 1126-1130.
- Blaber, M., Zhang, X. és Matthews, B. (1993). Az alfa-hélix aminosav hajlamának szerkezeti alapjai. Science, 260 (1), 1637-1640.
- Brennan, RG és Matthews, BW (1989). A hélix-turn-hélix DNS-kötő motívum. Journal of Biological Chemistry, 264 (4), 1903-1906.
- Eisenberg, D. (2003). Az alfa-hélix és a béta-lemez fehérjék, a fő szerkezeti tulajdonságainak felfedezése. Pnas, 100 (20), 11207-11210. Huggins, ML (1957). Az alfa-keratin szerkezete. Chemistry, 43, 204-209.
- Klement, W., Willens, R., és Duwez, P. (1960). A mioglobin felépítése. Nature, 185, 422-427.
- Laity, JH, Lee, BM, és Wright, PE (2001). Cink ujjfehérjék: Új betekintés a szerkezeti és funkcionális sokféleségbe. Jelenlegi vélemény a strukturális biológiában, 11. (1), 39–46.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H.,… Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. kiadás). Freeman, WH & Company.
- Luckey, M. (2008). Membránszerkezeti biológia: biokémiai és biofizikai alapokkal. Cambridge University Press. Visszakeresve a www.cambridge.org/9780521856553 webhelyről
- McKay, MJ, Afrose, F., Koeppe, RE, és a Greathouse, DV (2018). Helix képződés és stabilitás a membránokban. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembranes, 1860 (10), 2108–2117.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger Biokémiai alapelvek. Omega Editions (5. kiadás).
- Pauling, L., Corey, RB és Branson, HR (1951). A fehérjék szerkezete: a polipeptidlánc két hidrogénkötésű spirális konfigurációja. Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémia kiadványai, 37, 205–211.
- Perutz, MF (1978). Hemoglobin felépítése és légzőszervi szállítása. Scientific American, 239 (6), 92–125.
- Scholtz, JM és Baldwin, RL (1992). Az alfa-hélix kialakulásának mechanizmusa a peptidek által. A biofizika és a biomolekuláris szerkezet éves áttekintése, 21. (1), 95–118.
- Shoulders, MD, és Raines, RT (2009). Kollagén felépítése és stabilitása. Éves áttekintés a biokémiáról, 78 (1), 929-958.
- Subramaniams, A., Jones, WK, Gulick, J., és Neumannli, J. (1991). Az alfa-miozin nehéz lánc génpromóterének szövetspecifikus szabályozása transzgenikus egerekben. A Journal of Biological Chemistry, 266 (36), 24613–24620.
- Wang, B., Yang, W., McKittrick, J. és Meyers, MA (2016). Keratin: Szerkezet, mechanikai tulajdonságok, előfordulás biológiai szervezetekben és a bioinszívás erőfeszítései. Előrelépés az anyagtudományban. Elsevier Ltd.
- Warrick, H. M. és Spudich, J. a. (1987). A miozin szerkezete és funkciója a sejtmozgásban. A Cell Biology éves áttekintése, 3, 379–421.
- Zhang, SQ, Kulp, DW, Schramm, CA, Mravic, M., Samish, I. és Degrado, WF (2015). A membrán- és oldható protein-hélix-hélix interaktóm: Hasonló geometria különböző kölcsönhatásokon keresztül. Felépítés, 23. (3), 527–541