Pi spiraali

Pi-helix (tai π-helix ) on proteiineissa esiintyvä sekundaarirakenne [1] . Kristallografi Barbara Lowe löysi vuonna 1952 [2] ja pidettiin harvinaisuutena. Lyhyet π-heliksit löytyvät 15 %:sta tunnetuista proteiinirakenteista, ja niiden uskotaan olevan evoluutiomuutoksia, jotka on tehty liittämällä yksi aminohappo α-heliksiin [3] . ] . Koska sellaiset insertit ovat erittäin destabiloivia proteiiniketjulle [4] , π-heliksin muodostuminen on taipumus olla evolutionaarisen valinnan kohteena, ellei se tarjoa proteiinille jotain toiminnallista hyötyä. Siksi π-heliksit löytyvät yleensä läheltä proteiinien toiminnallisia kohtia [3] [5] [6] .

Vakiorakenne

Standardin π-heliksin aminohapot on järjestetty oikeakätiseen kierteiseen rakenteeseen. Jokainen aminohappo vastaa kierteen 87°:n käännettä (eli kierteessä on 4,1 tähdettä kierrosta kohti) ja 1,15 Å :n (0,115 nm ) siirtymää heliksin akselia pitkin. Mikä tärkeintä, aminohapon NH-ryhmä muodostaa vetysidoksen aminohapon C=O -ryhmän kanssa viisi tähdettä aikaisemmin; tämä toistuva i  + 5 → i vetysidos määrittää π-heliksin. Samanlaisia ​​rakennerakenteita löytyy 3 10 -kierteestä ( i  + 3 → i vetysidos) ja α-kierteestä ( i  + 4 → i vetysidos).

Useimmat π-heliksit ovat vain 7 tähteen pituisia, eikä niillä ole säännöllisesti toistuvia ( φ ,  ψ ) dihedraalisia kulmia koko rakenteessa, kuten α-helikseillä tai β-levyillä. Joitain yleistyksiä voidaan kuitenkin tehdä. Kun ensimmäinen ja viimeinen aminohappotähteiden pari eliminoidaan, kaksitahoiset kulmat ovat olemassa siten, että yhden tähteen ψ-dihedraalikulma ja seuraavan tähteen φ-dihedraalikulma ovat noin -125°. Ensimmäisen ja viimeisen jäännösparin summa on -95° ja -105°. Vertailun vuoksi 3 10 kierteen dihedraalisten kulmien summa on noin −75°, kun taas α-kierteellä se on noin −105°. Proliinia havaitaan usein välittömästi π-heliksien päättymisen jälkeen. Yleinen kaava pyörimiskulmalle Ω minkä tahansa trans -isomeereja sisältävän polypeptidikierteen tähdettä kohti saadaan yhtälöstä

Vasenkätinen rakenne

Vasenkätinen versio π-kierteestä on mahdollinen muuttamalla dihedraalikulmien etumerkki ( φ ,  ψ ) arvoksi (55°, 70°). Tässä pseudo-"peili"-kierteessä on suunnilleen sama määrä jäämiä kierrosta kohti (4,1) ja heliksin nousu (1,5 Å). Tämä ei ole todellinen peilikuva, koska aminohappotähteillä on edelleen vasenkätinen kiraalisuus . Pitkää vasenkätistä π-heliksiä ei todennäköisesti nähdä proteiineissa, koska luonnossa esiintyvistä aminohapoista vain glysiinillä on todennäköisesti positiivisia dihedraalisia φ-kulmia , kuten 55°.

π-heliksit luonnossa


Yleisesti käytetyt ohjelmat automatisoituun sekundaarirakenteen määritykseen, kuten DSSP , olettavat, että <1 % proteiineista sisältää π-heliksin. Tämä virheellinen luonnehdinta johtuu siitä tosiasiasta, että luonnollisesti esiintyvät π-heliksit ovat yleensä pituudeltaan lyhyitä (7 - 10 tähdettä) ja ne liittyvät lähes aina (eli viereisiin) a-heliksiin molemmissa päissä. Siten lähes kaikki π-heliksit ovat piilossa siinä mielessä, että π-kierteiset tähteet on osoitettu väärin joko α-heliksiin tai "käännöksiin". Äskettäin kehitetyt ohjelmat, jotka on kirjoitettu merkitsemään oikein π-heliksit proteiinirakenteissa, ovat havainneet, että joka kuudes proteiini (noin 15 %) sisältää itse asiassa vähintään yhden π-heliksisegmentin [3] .

Luonnolliset π-heliksit voidaan helposti tunnistaa rakenteessa "pullistukseksi" pidemmän α-kierteen sisällä. Tällaisia ​​kierteisiä pullistumia kutsuttiin aiemmin α aneurysmoiksi, α pullistumiksi, π pullistumiksi, leveiksi käännöksiksi, silmukan ulostuloiksi ja π käännöksiksi, mutta ne ovat itse asiassa π heliksejä, jotka määritellään niiden toistuvilla i + 5 → i vetysidoksilla [3] . Todisteet viittaavat siihen, että nämä pullistumat tai π-heliksit syntyvät lisäämällä yksi ylimääräinen aminohappo jo olemassa olevaan α-heliksiin. Siten α-heliksit ja π-heliksit voidaan transformoida keskenään insertoimalla ja poistamalla yksi aminohappo [4] . Ottaen huomioon sekä π-helisien suhteellisen korkea esiintymistiheys ja niiden havaittu yhteys proteiinien funktionaalisiin kohtiin (eli aktiivisiin kohtiin ), tämä kyky muuntua α-heliksien ja π-helisien välillä on ollut tärkeä mekanismi proteiinien muuttamisessa ja monipuolistamisessa. proteiinien toiminnallisuus evoluution aikana.

Yksi merkittävimmistä proteiiniryhmistä, joiden toiminnalliseen monipuolistamiseen tällainen evoluutiomekanismi näyttää vaikuttavan voimakkaasti, on ferritiinin kaltainen superperhe , johon kuuluvat ferritiinit , bakterioferritiinit , rubrerytriinit , luokan I ribonukleotidireduktaasit ja liukoiset metaanimono-oksigenaasit . Liukoinen metaanimono-oksigenaasilla on nykyinen ennätys suurimmasta π-heliksien määrästä yhdessä entsyymissä (13). ( ATE-koodi 1MTY). Na + / Cl -riippuvaisen välittäjäaineen kuljettajan bakteerihomologilla (PDB-koodi 2A65) on kuitenkin ennätys π-heliksien määrästä yhdessä peptidiketjussa (8 kappaletta) [3] .

Katso myös

Muistiinpanot

 

  1. ↑ "Proteiinien rakenne: Polypeptidiketjun kaksi vetysidoksesta kierteistä konfiguraatiota". Proc. Natl. Acad. sci. USA . 37 (4): 205-211. 1951. doi : 10.1073/ pnas.37.4.205 . PMID 14816373 . 
  2. ↑ (IUCr) Barbara Wharton Low (1920-2019) . www.iucr.org . Haettu 2. lokakuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 25. helmikuuta 2020.
  3. ↑ 1 2 3 4 5 Richard B. Cooley, Daniel J. Arp, P. Andrew Karplus. Toissijaisen rakenteen evoluutioperäinen alkuperä: π-heliisit kryptisinä, mutta laajalle levinneinä α-helisien lisäysmuunnelmina, jotka parantavat proteiinin toiminnallisuutta  //  Journal of Molecular Biology. – 2010-11. — Voi. 404 , iss. 2 . — s. 232–246 . - doi : 10.1016/j.jmb.2010.09.034 . Arkistoitu 26. toukokuuta 2021.
  4. ↑ 1 2 L. J. Keefe, J. Sondek, D. Shortle, E. E. Lattman. Alfa-aneurismi: rakenteellinen motiivi, joka paljastuu stafylokokkinukleaasin insertiomutantissa.  (englanti)  // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 15.4.1993. — Voi. 90 , iss. 8 . — s. 3275–3279 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.90.8.3275 .
  5. ↑ Weaver TM (2000). "Pi-helix muuttaa rakenteen toiminnaksi." proteiinitiede . 9 (1): 201-206. DOI : 10.1110/ps.9.1.201 . PMID  10739264 .
  6. ↑ "Pi-heliksin esiintyminen, konformaatiopiirteet ja aminohappotipumus". ProteinEng . 15 (5): 353-358. 2002. DOI : 10.1093/proteiini/15.5.353 . PMID  12034854 .
 Proteiinin toissijainen rakenne
Spiraalit
Laajennukset
Supersekundaarinen rakenne