310-spiraali

Helix 3 10  (helix 3.10)  on proteiineissa ja polypeptideissä esiintyvä sekundaarirakenne . Monista läsnä olevista proteiinien sekundaarisista rakenteista 310 - kierre on neljänneksi yleisimmin havaittu tyyppi α-helisien , β-levyjen ja β-käännösten jälkeen . 3 10 -heliksit muodostavat lähes 15-20 % kaikista proteiinien sekundaarirakenteiden helikseistä, ja niitä havaitaan yleensä α-heliksien jatkeina joko N- tai C-päästä. Proteiinien 310-heliksit ovat tyypillisesti vain kolmesta viiteen tähteen pitkiä, kun a-heliksien keskiarvo on 10-12 tähdettä . Koska α-heliksit pyrkivät laskostumaan ja avautumaan peräkkäin, on ehdotettu, että 3 10 heliksi toimii eräänlaisena välikonformaationa α-kierteiden laskostumisessa/aukenemisessa [1] .

Discovery

Max Perutz , Cambridgen yliopiston lääketieteellisen tutkimusneuvoston molekyylibiologian laboratorion johtaja , kirjoitti ensimmäisen paperin, joka dokumentoi 3 10 heliksin [2] . Lawrence Braggin ja John Kendrew'n kanssa Perutz julkaisi vuonna 1950 tutkimuksen polypeptidiketjujen konfiguraatioista, jotka perustuivat ei-kiteisiin diffraktiotietoihin sekä pienimolekyylisiin kiderakenteisiin, kuten hiuksista löytyviin kiteisiin [3] . Heidän ehdotuksensa sisälsivät ns. 3 10 kierteen , mutta eivät sisältäneet kahta yleisempää rakennemotiivia, jotka löydettiin hieman myöhemmin. Seuraavana vuonna Linus Pauling ennusti molemmat näistä motiiveista, alfakierteen [4] ja beta-arkin [5] julkaisussa, jota nyt verrataan tärkeydeltään [2] Francis Crickin ja James D. Watsonin julkaisuun . DNA:n kaksoiskierre [6] . Pauling oli erittäin kriittinen Braggin, Kendrew'n ja Perutzin ehdottamia kierteisiä rakenteita kohtaan ja totesi, että ne olivat kaikki epäuskottavia [2] [4] .

Paulingin ja Coreyn artikkeli osui minuun kuin salama. Toisin kuin Kendrew'n ja minun, heillä ei ollut vääntymistä; kaikki amidiryhmät olivat tasomaisia ​​ja jokainen karbonyyliryhmä muodosti täydellisen vetysidoksen joka neljännen aminohappotähteen kanssa alempana ketjussa. Rakennus näytti aivan oikealta. Kuinka voisin missata sen?
– Max Perutz , 1998 [2] .

Myöhemmin samana päivänä Perutz sai idean tehdä kokeen vahvistaakseen Paulingin mallin, ja hän ryntäsi laboratorioon toteuttamaan sen. Muutaman tunnin sisällä hänellä oli todisteita alfakierteen tuesta, jonka hän esitti Braggille ensimmäisen kerran maanantaina [2] . Perutzin vahvistus alfakierteen rakenteesta julkaistiin Naturessa pian sen jälkeen [7] . Vuoden 1950 julkaisussa 3 10 heliksiin liittyviin teoreettisiin polypeptidirakenteisiin sovelletut periaatteet sisälsivät: [3]

Kendrew vahvisti lopulta 3 10 -kierteen rakenteen vuoden 1958 myoglobiinirakenteessa [8] , ja se löydettiin myös uudelleen vuonna 1960, kun Perutz määritti hemoglobiinin rakenteen [9] [10] [11] ja tarkensi sitä myöhemmässä työssään. happivapaat [12] [13] ja hapetetut muodot [14] [14] .

Nyt tiedetään, että heliksi on 310 neljänneksi eniten havaittu tyyppi α-helisien , β-levyjen ja β-käännösten jälkeen [1] . Nämä ovat lähes aina lyhyitä osuuksia, joista lähes 96 % sisältää neljä tai vähemmän aminohappotähdettä [15] :44 , joita esiintyy esimerkiksi "nurkissa", joissa α-heliksit muuttavat suuntaa, esimerkiksi myoglobiinin rakenteessa [8] . Pidempiä alueita, jotka vaihtelevat seitsemästä yhteentoista tähteeseen, on havaittu joidenkin helikaalisten proteiinien kalvon läpäisevän domeenin jänniteohjattujen kaliumkanavien jänniteanturisegmentissä [16] .

Rakenne

Kierteen 3-10 aminohapot on järjestetty oikeakätiseen kierteiseen rakenteeseen. Jokainen aminohappo vastaa kierteen 120° käännettä (eli kierteessä on kolme jäännöstä kierrosta kohti), 2,0  Å :n siirtymää kierteen akselia pitkin ja siinä on 10 atomia vetysidoksen muodostamassa renkaassa [ 15] :44-45 . Mikä tärkeintä, aminohapon NH-ryhmä muodostaa vetysidoksen aminohapon C=O -ryhmän kanssa kolme tähdettä aikaisemmin; tämä toistuva i + 3 →  i vetysidos määrittää 3 10 heliksin. Samanlaisia ​​rakennusrakenteita löytyy α-kierteestä ( i  + 4 →  i vetysidos) ja Pi-kierteestä ( i  + 5 →  i vetysidos) [15] :44-45 [1] .

Aminohappotähteet pitkissä 3 10 heliksissä ottavat ( φ ,  ψ ) dihedraaliset kulmat (−49°, −26°). Monet 3 10 heliksistä proteiineissa ovat lyhyitä ja siksi poikkeavat näistä arvoista. Yleisemmin pitkissä 3 10 heliksissä olevat jäännökset muodostavat kaksitahoisia kulmia, jolloin yhden jäännöksen dihedraalikulma ψ ja seuraavan jäännöksen dihedrikulma φ laskevat yhteen noin -75°. Vertailun vuoksi α-kierteen dihedraalisten kulmien summa on noin −105° ja π-kierteen noin −125° [15] :44-45 .

Yleinen kaava pyörimiskulmalle Ω minkä tahansa trans -isomeereja sisältävän polypeptidikierteen tähdettä kohti saadaan kaavalla: [15] :40

ja koska ideaaliselle 3 10 heliksille Ω  = 120°, tästä seuraa, että φ ja ψ on suhteutettava seuraavasti:

havaitun φ  +  ψ arvon mukaisesti noin −75° [15] :44 .

Dihedraalisten kulmien merkitys 3 10 -kierteessä suhteessa α-kierteen kulmiin voidaan selittää tämän kierteen lyhyellä pituudella - 3-5 tähteen pituudella verrattuna 10-12 tähteen α-heliksissä . Molekyylien siirtymäalueilla esiintyy usein 3 10 -heliksiä, mikä määrää niiden pienen koon ja johtaa poikkeamiin niiden pääketjun kiertymiskulmien jakautumisessa ja sitä kautta epäsäännöllisyyksiin. Niiden vetysidosverkostot ovat vääristyneet verrattuna α-heliksiin, mikä edistää niiden epävakautta, vaikka 3-10-heliksien toistuva esiintyminen luonnollisissa proteiineissa osoittaa niiden merkityksen siirtymärakenteissa [1] [1] .

Vakaus

Mary Karpenin, Peter De Hassetin ja Kenneth Neathin [17] tutkimuksen avulla on tunnistettu stabiilisuustekijät 3 10 heliksissä. Heliksit stabiloivat näkyvimmin aspartaattijäännöksellä ei-polaarisessa N -päässä, joka on vuorovaikutuksessa kierteisen N -pään amidiryhmän kanssa . Tämä sähköstaattinen vuorovaikutus stabiloi peptididipolit yhdensuuntaisessa orientaatiossa. Kuten jatkuvat kierteiset vetysidokset, jotka stabiloivat α-kierteitä, korkeat aspartaattitasot ovat yhtä tärkeitä 310 -heliksien ylläpitämiselle . Aspartaatin korkea taajuus sekä 310 -kierteessä että α-heliksissä osoittaa sen vaikutuksen kierteen alkamiseen ja etenemiseen, mutta viittaa samalla siihen, että se edistää 310-heliksin stabiloitumista estämällä α:n etenemistä. -heliksit [17] .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Roger Armen, Darwin OV Alonso, Valerie Daggett. α-, 3 10 - ja π-heliksin rooli helix→coil-siirtymissä  //  Protein Science. - 2003-06. — Voi. 12 , iss. 6 . — s. 1145–1157 . - doi : 10.1110/ps.0240103 .
  2. ↑ 1 2 3 4 5 David Eisenberg. α-heliksin ja β-levyn löytäminen, proteiinien tärkeimmät rakenteelliset piirteet  // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 09-09-2003. - T. 100 , ei. 20 . — S. 11207–11210 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.2034522100 .
  3. ↑ 1 2 Polypeptidiketjukonfiguraatiot kiteisissä proteiineissa  (englanniksi)  // Proceedings of the Royal Society of London. Sarja A. Matemaattiset ja fysiikan tieteet. – 10.10.1950. — Voi. 203 , iss. 1074 . — s. 321–357 . — ISSN 2053-9169 0080-4630, 2053-9169 . - doi : 10.1098/rspa.1950.0142 .
  4. ↑ 1 2 Linus Pauling, Robert B. Corey, H. R. Branson. Proteiinien rakenne: Polypeptidiketjun kaksi vetysidosta kierteistä konfiguraatiota  (englanniksi)  // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 1951-04. — Voi. 37 , iss. 4 . — s. 205–211 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.37.4.205 .
  5. ↑ Linus Pauling, Robert B. Corey. Laskostettu levy, polypeptidiketjujen uusi kerrosrakenne  //  Proceedings of the National Academy of Sciences. - 1951-05. — Voi. 37 , iss. 5 . — s. 251–256 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.37.5.251 .
  6. ↑ Watson, James D. (1953). "Nukleiinihappojen molekyylirakenne: Deoksiriboosin nukleiinihapon rakenne." luonto . 171 (4356): 737-738. Bibcode : 1953Natur.171..737W . DOI : 10.1038/171737a0 . PMID  13054692 .
  7. ↑ MF Perutz. Uusia röntgentodisteita polypeptidiketjujen konfiguraatiosta: Polypeptidiketjut poly-y-bentsyyli-L-glutamaatissa, keratiinissa ja hemoglobiinissa  //  Luonto. - 1951-06. — Voi. 167 , iss. 4261 . - s. 1053-1054 . — ISSN 1476-4687 0028-0836, 1476-4687 . - doi : 10.1038/1671053a0 . Arkistoitu alkuperäisestä 13. elokuuta 2021.
  8. ↑ 1 2 J. C. Kendrew, G. Bodo, H. M. Dintzis, R. G. Parrish, H. Wyckoff. Röntgenanalyysillä saatu myoglobiinimolekyylin kolmiulotteinen malli   // Luonto . - 1958-03-08. — Voi. 181 , iss. 4610 . — s. 662–666 . — ISSN 1476-4687 0028-0836, 1476-4687 . - doi : 10.1038/181662a0 .
  9. ↑ MF Perutz, MG Rossmann, Ann F. Cullis, Hilary Muirhead, Georg Will. Hæmoglobiinin rakenne: Kolmiulotteinen Fourier-synteesi 5,5-Å. Resoluutio, saatu röntgenanalyysillä   // Nature . - 1960-02. — Voi. 185 , iss. 4711 . — s. 416–422 . — ISSN 1476-4687 0028-0836, 1476-4687 . - doi : 10.1038/185416a0 .
  10. ↑ MF Perutz. Hemoglobiinimolekyyli  // Scientific American. - 1964-11. - T. 211 , no. 5 . — S. 64–76 . — ISSN 0036-8733 . - doi : 10.1038/scientificamerican1164-64 .
  11. ↑ Tiede ei ole hiljaista elämää: hemoglobiinin atomimekanismin purkaminen . - London [Englanti]: Imperial College Press, 1997. - xxi, 636 sivua s. - ISBN 981-02-2774-4 , 978-981-02-2774-6, 981-02-3057-5, 978-981-02-3057-9.
  12. ↑ Hilary Muirhead, Joyce M. Cox, L. Mazzarella, MF Perutz. Hemoglobiinin rakenne ja toiminta  (englanniksi)  // Journal of Molecular Biology. - 1967-08. — Voi. 28 , iss. 1 . — s. 117–150 . - doi : 10.1016/S0022-2836(67)80082-2 .
  13. ↑ W. Bolton, Joyce M. Cox, M. F. Perutz. Hemoglobiinin rakenne ja toiminta  (englanniksi)  // Journal of Molecular Biology. - 1968-04. — Voi. 33 , iss. 1 . — s. 283–297 . - doi : 10.1016/0022-2836(68)90294-5 .
  14. ↑ 1 2 M. F. Perutz, H. Muirhead, J. M. Cox, LCG Goaman. Hevosen oksihemoglobiinin kolmiulotteinen Fourier-synteesi 2,8 Å Resoluutio: Atomimalli   // Luonto . - 1968-07. — Voi. 219 , iss. 5150 . — s. 131–139 . — ISSN 1476-4687 0028-0836, 1476-4687 . - doi : 10.1038/219131a0 .
  15. ↑ 1 2 3 4 5 6 Ulo Langel. Johdatus peptideihin ja proteiineihin. . - Hoboken: Taylor and Francis, 2009. - 1 online-lähde (440 sivua) s. - ISBN 978-1-4398-8204-7 , 1-4398-8204-5.
  16. ↑ Ricardo Simão Vieira-Pires, João Henrique Morais-Cabral. 310 heliksiä kanavissa ja muissa kalvoproteiineissa  (englanniksi)  // Journal of General Physiology. – 12.12.2010. — Voi. 136 , iss. 6 . — s. 585–592 . — ISSN 0022-1295 1540-7748, 0022-1295 . - doi : 10.1085/jgp.201010508 .
  17. ↑ 1 2 Mary E. Karpen, Pieter L. De Haseth, Kenneth E. Neet. Erot aminohappojakaumissa 3 10 -heliksien ja α -heliksen  (englanniksi)  // Protein Science. - 1992-10. — Voi. 1 , iss. 10 . - s. 1333-1342 . - doi : 10.1002/pro.5560011013 .


 Proteiinin toissijainen rakenne
Spiraalit
Laajennukset
Supersekundaarinen rakenne