Beeta-hiusneula (kutsutaan joskus myös beetanauhaksi tai beeta-beetayksiköksi ) on yksinkertainen proteiinirakennemotiivi , joka sisältää kaksi hiusneulalta näyttävää beetasäiettä . Motiivi koostuu kahdesta primäärirakenteessa vierekkäisestä säikeestä , jotka on suunnattu vastakkaiseen suuntaan ( yhden lehden N-pää on seuraavan C-pään vieressä), jotka on yhdistetty lyhyellä kahdesta viiteen aminohapon silmukalla . Beetahiusneulat voivat esiintyä erillään tai osana sarjaa vetysidoksia , jotka yhdessä muodostavat beetalevyn .
Tutkijat, kuten Francisco Blanco ym. , ovat käyttäneet proteiini- NMR :ää osoittaakseen, että beeta-hiusneuloja voidaan muodostaa eristetyistä lyhyistä peptideistä vesiliuoksessa, mikä viittaa siihen, että hiusneulat voivat muodostaa nukleaatiokohtia proteiinin laskostumista varten [1] .
Beeta-hiusneulat luokiteltiin alun perin pelkästään niiden silmukkasekvenssien aminohappotähteiden lukumäärän mukaan , joten niitä kutsuttiin yksitähteiksi, kahdeksi tähteeksi jne. [2] Tämä järjestelmä on kuitenkin hieman epäselvä, koska se ei ota huomioon ovatko jäännökset, jotka osoittavat hiusneulan loppua kerta- tai kaksoisvetysidoksella toisiinsa. Siitä lähtien Milner-White ja Poet ovat ehdottaneet parannettua luokitusmenetelmää [3] .
Beta-hiusneulat on jaettu neljään eri luokkaan. Jokainen luokka alkaa pienimmällä mahdollisella määrällä tähteitä silmukassa ja kasvattaa asteittain silmukan kokoa poistamalla vetysidoksia beetalevystä. Luokan 1 primaarinen hiusneula on yhden tähteen silmukka, jossa kytketyillä tähteillä on kaksi vetysidosta. Sitten yksi vetysidos poistetaan, jolloin muodostuu kolmen tähteen silmukka, joka on luokan 1 toissijainen hiusneula. Yksittäissitoutuneet tähteet lasketaan silmukkasekvenssissä, mutta ne myös signaloivat silmukan päättymistä, mikä määrittelee tämän hiusneulan kolmen tähteen silmukaksi. . Tämä yksittäinen vetysidos poistetaan sitten tertiäärisen hiusneulan luomiseksi; viidestä tähteestä koostuva silmukka, jossa on kaksinkertaisesti kytketyt tähteet. Tämä malli jatkuu loputtomiin ja määrittelee kaikki luokan beta-hiusneulat. Luokka 2 noudattaa samaa kaavaa alkaen kahden tähteen silmukasta, jossa terminaaliset tähteet jakavat kaksi vetysidosta. Luokka 3 alkaa kolmella jäännöksellä ja luokka 4 alkaa neljällä jäännöksellä. Luokkaa 5 ei ole olemassa, koska tämä perushiusneula on jo määritelty luokassa 1. Tämä luokittelukaavio ei vain ota huomioon vetysidosten eri asteita, vaan myös puhuu hiusneulan biologisesta käyttäytymisestä. Yksi aminohapposubstituutio voi katkaista tietyn vetysidoksen, mutta ei käännä hiusneulaa tai muuta sen luokkaa. Toisaalta aminohappojen insertioiden ja deleetioiden on avauduttava ja järjestettävä uudelleen koko beetaketju, jotta vältetään beetan pullistuminen sekundaarirakenteessa. Tämä muuttaa hiusneulaluokkaa prosessin aikana. Koska substituutiot ovat yleisimmät aminohappomutaatiot, proteiini voi mahdollisesti muuttua ilman, että se vaikuttaa beeta-hiusneulan toimintaan [3] .
Mikroalueen laskostumisen mekanismin ymmärtäminen voi auttaa valaisemaan kokonaisten proteiinien laskostumismalleja . Chignolin -nimisen beeta-hiusneulan tutkimus (katso Chignolin Proteopediassa ) on paljastanut vaiheittaisen taittoprosessin, joka ohjaa beeta-hiusneulaa. Tällä hiusneulalla on yhteisiä sekvenssiominaisuuksia yli 13 000 tunnetun hiusneulan kanssa ja se voi siten toimia yleisempänä mallina beeta-hiusneulan muodostukselle. Natiivin käännösalueen muodostuminen merkitsee taittokaskadin alkua, jossa natiivi käännös on se, joka on läsnä lopullisessa taittorakenteessa.
Taitettaessa kaikkia proteiineja käänne ei voi tapahtua alkuperäisen käännöksen alueella, vaan beeta-hiusneulan C-ketjussa. Tämä käänne etenee sitten C-säikeen (C-päähän johtava beetajuoste) läpi, kunnes se saavuttaa alkuperäisen käänteen alueen. Joskus alkuperäisen käänteen alueelle johtavien tähteiden vuorovaikutukset ovat liian voimakkaita, mikä saa sen avautumaan. Kuitenkin, kun natiivi käännös muodostuu, proliinien ja tryptofaanitähteiden (näkyy oikealla olevassa kuvassa) väliset vuorovaikutukset alueella auttavat vakauttamaan käännettä estäen "palaamisen" tai avautumisen.
Tutkijat uskovat, että käännöksiä ei tapahdu N-juosteessa lisääntyneen jäykkyyden vuoksi (johtuu usein proliinista, joka johtaa alkuperäiseen käännösalueeseen) ja vähemmän konformaatiovaihteluita. Alkukelan muodostuminen tapahtuu noin 1 μs:ssa. Kun alkuperäinen käännös on saatu selville, on ehdotettu kahta mekanismia sen suhteen, kuinka beeta-hiusneula taittuu: hydrofobinen romahdus sivuketjun tason uudelleenjärjestelyillä tai perinteisempi vetoketjumainen mekanismi [4] .
β-hiusneulasilmukkamotiivi löytyy monista makromolekyyliproteiineista. Pienet ja yksinkertaiset β-hiusneulat voivat kuitenkin olla olemassa yksinään. Nähdäksesi tämän selvästi, Pin1-domeeniproteiini on esitetty esimerkkinä vasemmalla.
β-kerrosrikkaat proteiinit, joita kutsutaan myös WW-domeeneiksi , toimivat kiinnittymällä runsaasti proliinia sisältäviin ja/tai fosforyloituihin peptideihin välittäen proteiinien välisiä vuorovaikutuksia . "WW" tarkoittaa kahta tryptofaani (W) -tähdettä, jotka ovat konservoituneita järjestyksessä ja edistävät β-levyjen laskostumista pienen hydrofobisen ytimen muodostamiseksi [5] . Tryptofaanijäämät näkyvät alla (oikealla) punaisena.
Tämä entsyymi sitoo ligandinsa konservoituneiden tryptofaanien ja ligandin proliinirikkaiden alueiden van der Waals-voimien kautta . Muut aminohapot voivat sitten sitoutua β-hiusneularakenteen hydrofobiseen ytimeen varmistaakseen luotettavan sitoutumisen [6] .
On myös yleistä löytää proliinitähteitä β-hiusneulan silmukkaosassa, koska tämä aminohappo on jäykkä ja edistää kierteen muodostumista. Nämä proliinitähteet voidaan nähdä punaisina sivuketjuina alla olevassa Pin1 WW -alueen kuvassa (vasemmalla).
P-hiusneularakenteen omaksuvien peptidien suunnittelu (ilman riippuvuutta metallien sitoutumisesta, epätavallisista aminohapoista tai disulfidisilloituksista) on edistynyt merkittävästi ja mahdollistanut proteiinien dynamiikan ymmärtämisen. Toisin kuin α-kierteet , β-hiusneuloja ei stabiloi säännöllinen vetysidoskuvio. Tämän seurauksena varhaiset yritykset vaativat vähintään 20-30 aminohappotähdettä stabiilien β-hiusneulan tertiääristen poimujen saavuttamiseksi. Tämä alaraja on kuitenkin alennettu 12 aminohappoon johtuen lisääntyneestä stabiilisuudesta, joka johtuu tryptofaani-tryptofaani-ristiketjuparien sisällyttämisestä. Kahden ei-vetysidosparin tryptofaania on osoitettu pariutuvan vetoketjun kaltaisessa kuviossa, mikä stabiloi β-hiusneularakennetta antaen silti sen pysyä vesiliukoisena . Tryptofaanivetoketju -β-peptidin (trpzip) NMR -rakenne osoittaa vierekkäisten indolirenkaiden välisten edullisten vuorovaikutusten stabiloivan vaikutuksen [7] .
trpzip β-hiusneulapeptidien synteesi sisältää valokytkimet, jotka helpottavat taittamisen tarkkaa hallintaa. Jotkut aminohapot vuorostaan korvataan atsobentsenillä , joka voidaan saada siirtymään trans-tilasta cis-tilaan altistamalla 360 nm:n valolle. Kun atsobentseeniosa on cis-konformaatiossa, aminohappotähteet asettuvat oikein, olettaen, että muodostuu p-hiusneula. Transkonformaatiolla ei kuitenkaan ole oikeaa kääntögeometriaa β-hiusneulalle [8] . Tätä ilmiötä voidaan käyttää tutkimaan peptidien konformaatiodynamiikkaa femtosekundin absorptiospektroskopian avulla [8] .
| Proteiinin toissijainen rakenne | ||
|---|---|---|
| Spiraalit | ||
| Laajennukset |
| |
| Supersekundaarinen rakenne | ||