Polyproliinikierre

Polyproliiniheliksi on eräänlainen proteiinin  sekundaarirakenne, joka esiintyy aminohapposekvensseissä , jotka sisältävät toistuvia proliinitähteitä [1] . Polyproliini II:n ( PPII , poly-Pro II ) vasenkätinen heliksi muodostuu, kun kaikki peräkkäiset aminohappotähteet ottavat pääketjun dihedraaliset kulmat (φ, ψ) noin (-75°, 150°) ja niissä on trans - isomeerejä . niiden peptidisidoksesta . Tämä PPII-konformaatio on ominaista myös proteiineille ja polypeptideille, joissa on muita aminohappoja kuin proliini. Vastaavasti polyproliini I:n ( PPI , poly-Pro I ) kompaktimpi oikeakätinen heliksi muodostuu, kun kaikki peräkkäiset jäännökset ottavat rungon dihedraaliset kulmat (φ, ψ) noin (-75°, 160°) ja niillä on cis . niiden peptidisidosten isomeerit . Kahdestakymmenestä yleisestä luonnossa esiintyvästä aminohaposta vain proliini todennäköisesti hyväksyy peptidisidoksen cis - isomeerin , erityisesti X- Pro -peptidisidoksen ; steeriset ja elektroniset tekijät suosivat suurelta osin trans - isomeeriä useimmissa muissa peptidisidoksissa. Kuitenkin peptidisidokset , jotka korvaavat proliinin toisella N - substituoidulla aminohapolla (kuten sarkosiinilla ), voivat myös ottaa cis - isomeerin.

Polyproline II helix

PPII-kierteen määrittävät rungon dihedraaliset kulmat (φ, ψ) noin (-75°, 150°) ja peptidisidosten trans - isomeerit . Pyörimiskulma Ω minkä tahansa trans -isomeereja sisältävän polypeptidikierteen tähdettä kohti määritetään yhtälöllä

Korvaamalla poly-Pro II -dihedraaliset kulmat (φ, ψ) tähän yhtälöön saadaan lähes täsmälleen Ω = -120°, eli PPII-kierre on vasenkätinen kierre (koska Ω on negatiivinen), jossa on kolme jäännöstä per kierros (360) °/120° = 3) . Ketjun siirtymä jäännöstä kohti on noin 3,1 Å . Tämä rakenne on jonkin verran samanlainen kuin kuituproteiinilla kollageeni , joka koostuu pääasiassa proliinista, hydroksiproliinista ja glysiinistä . PPII-heliksit sitoutuvat spesifisesti SH3-domeeneihin ; tämä sitoutuminen on tärkeä monille proteiini-proteiini-vuorovaikutuksille ja jopa saman proteiinin domeenien välisille vuorovaikutuksille.

PPII-kierre on suhteellisen avoin eikä siinä ole sisäisiä vetysidoksia , toisin kuin yleisimmät kierteiset sekundaarirakenteet, α-kierre ja sen sukulaiset 3 10 - heliksi ja π-heliksi sekä β-heliksi . Amidin typpi- ja happiatomit ovat liian kaukana toisistaan ​​(noin 3,8 Å) ja väärin suunnattu vetysidokselle. Lisäksi molemmat näistä atomeista ovat vetysidoksen vastaanottajia proliinissa; syklisestä sivuketjusta johtuen ei ole H-sidoksen luovuttajaa.

Selkärangan dihedraalisia kulmia, kuten PPII:n (-75°, 150°), havaitaan usein proteiineissa, jopa muiden aminohappojen kuin proliinin kohdalla [2] . Ramachandran-alue on runsaasti asuttu PPII-alueella verrattuna lähellä olevaan beetalevyalueeseen (-135°, 135°). Esimerkiksi PPII-rungon dihedraaleja havaitaan usein käännöksissä, yleisimmin tyypin II β-käännöksen ensimmäisessä jäännöksessä. PPII-rungon "peilikuva"-dihedraaliset kulmat (75°, -150°) ovat harvinaisia, lukuun ottamatta akiraalisen aminohapon glysiinin polymeerejä . Poly-Pro II -kierteen analogia polyglysiinissä kutsutaan poly-Gly II -kierteeksi . Jotkut proteiinit, kuten jäätymisenestoproteiini Hypogastrura harveyi , koostuvat glysiinirikkaiden polyglysiini II -kierteiden nipuista [3] . Tällä erinomaisella proteiinilla, jonka kolmiulotteinen rakenne tunnetaan [4] , on ainutlaatuiset NMR-spektrit ja se stabiloituu dimerisaatiolla ja 28 Ca-H··O=C-vetysidoksella [5] . PPII-kierre ei ole ominaista kalvon läpäiseville proteiineille , eikä tämä sekundaarinen rakenne läpäise lipidikalvoja in vivo. Vuonna 2018 ryhmä saksalaisia ​​tutkijoita rakensi ja havainnoi kokeellisesti ensimmäisen PPII:n transmembraanikierteen, joka muodostui erityisesti suunnitelluista keinotekoisista peptideistä [6] [7] .

Polyproline I helix

Poly-Pro I -kierre on paljon tiheämpi kuin PPII-heliksi sen peptidisidosten cis - isomeerien ansiosta . Se on myös harvinaisempi kuin PPII-konformaatio, koska cis - isomeerillä on suurempi aktivaatioenergia kuin trans . Sen tyypilliset dihedraaliset kulmat (-75°, 160°) ovat lähellä, mutta eivät identtisiä PPII-kierteen kulmien kanssa. PPI-kierre on kuitenkin oikeakätinen kierre ja kierretty tiukemmin, noin 3,3 jäännöstä kierrosta kohden (3 sijaan). Siirtymä tähdettä kohti PPI-kierteessä on myös paljon pienempi, noin 1,9 Å . Jälleen, poly-Pro I -kierteessä ei ole sisäistä vetysidosta, johtuen sekä luovuttavan vetysidosatomin puuttumisesta että siitä, että amidityppi- ja happiatomit ovat liian kaukana toisistaan ​​(jälleen noin 3,8 Å ) ja väärin suunnattuja.

Rakenteelliset ominaisuudet

Perinteisesti PPII:ta on pidetty suhteellisen jäykkänä, ja sitä on käytetty "molekyyliviivaimena" rakennebiologiassa esimerkiksi FRET-tehokkuusmittausten kalibroimiseen. Myöhemmät kokeelliset ja teoreettiset tutkimukset asettivat kuitenkin kyseenalaiseksi tämän kuvan polyproliinipeptidistä "jäykän sauvana" [8] [9] . Terahertsispektroskopiaa ja tiheysfunktionaalisia teorialaskelmia käyttävät lisätutkimukset ovat osoittaneet, että polyproliini on itse asiassa paljon vähemmän jäykkää kuin alun perin luuli [10] . Polyproliini PPII:n ja PPI:n kierteisten muotojen keskinäiset konversiot tapahtuvat hitaasti johtuen X-Pron cis-trans- isomerisaation korkeasta aktivaatioenergiasta ( Ea≈ 20 kcal/mol); tätä interkonversiota voivat kuitenkin katalysoida spesifiset isomeraasit, jotka tunnetaan prolyylihydroksylaasi-isomeraaseina tai PPIaaseina. PPII- ja PPI-heliksien välinen muunnos käsittää cis-trans- peptidisidoksen isomeroitumisen koko peptidiketjussa. Ioniliikkuvuusspektrometriaan perustuvat tutkimukset ovat osoittaneet, että tässä prosessissa on tietty joukko välituotteita [11] .

Katso myös

Muistiinpanot

 

  1. ↑ Adzhubei, Aleksei A. (2013). "Polyproliini-II-heliksi proteiineissa: rakenne ja toiminta". Journal of Molecular Biology . 425 (12): 2100-2132. DOI : 10.1016/j.jmb.2013.03.018 . ISSN  0022-2836 . PMID23507311  . _
  2. ↑ Adzhubei, Aleksei A. (1993). "Vasenkätisten polyproliini II -heliksejä esiintyy yleisesti pallomaisissa proteiineissa." Journal of Molecular Biology . 229 (2): 472-493. DOI : 10.1006/jmbi.1993.1047 . ISSN  0022-2836 . PMID  8429558 .
  3. ↑ Davies, Peter L. (21.10.2005). Glysiinipitoiset jäätymisenestoproteiinit lumikirppuista. tiede __ _ ]. 310 (5747): 461. doi : 10,1126 /tiede.1115145 . ISSN  0036-8075 . PMID  16239469 .
  4. ↑ Pentelute, Brad L. (2008-07-01). "Synteettisten proteiinienantiomeerien raseemisella kiteytyksellä määritetty lumikirppujen pakkasnesteproteiinin röntgenrakenne." American Chemical Societyn lehti . 130 (30): 9695-9701. DOI : 10.1021/ja8013538 . ISSN  0002-7863 . PMID  18598029 .
  5. ↑ Treviño, Miguel Ángel (15.11.2018). "Polyproliini II -kierteisen nipun yksittäinen NMR-sormenjälki." American Chemical Societyn lehti ]. 140 (49): 16988-17000. doi : 10.1021/ jacs.8b05261 . PMID 30430829 . 
  6. ↑ Kubyshkin, Vladimir (2018). "Transmembrane Polyproline Helix". The Journal of Physical Chemistry Letters ]. 9 (9): 2170-2174. doi : 10.1021/ acs.jpclett.8b00829 . PMID29638132 . _ 
  7. ↑ Kubyshkin, Vladimir (2019). "Kaksoiskerroksen paksuus määrittää mallipolyproliinikierteiden kohdistuksen lipidikalvoissa." fysikaalinen kemia kemiallinen fysiikka ]. 21 (40): 22396-22408. Bibcode : 2019PCCP...2122396K . DOI : 10.1039/c9cp02996f . PMID 31577299 . 
  8. ↑ S. Doose, H. Neuweiler, H. Barsch ja M. Sauer, Proc. Natl. Acad. sci. USA. 104, 17400 (2007)
  9. ↑ M. Moradi, V. Babin, C. Roland, T. A. Darden ja C. Sagui, Proc. Natl. Acad. sci. USA. 106, 20746 (2009)
  10. ↑ M.T. Ruggiero, J. Sibik, J.A. Zeitler ja T.M. Korter, Agnew. Chemi. Int. Ed. 55 6877 (2016)
  11. ↑ El-Baba, Tarick J. (2019). "Peptidikonformaatioiden liuotinvälitys: polyproliinirakenteet vedessä, metanolissa, etanolissa ja 1-propanolissa ioniliikkuvuusspektrometrialla-massaspektrometrialla määritettynä." Journal of the American Society for Mass Spectrometry ]. 30 (1): 77-84. Bibcode : 2019JASMS..30...77E . DOI : 10.1007/s13361-018-2034-7 . PMID 30069641 . 
 Proteiinin toissijainen rakenne
Spiraalit
Laajennukset
Supersekundaarinen rakenne