310-es spirál

A Helix 3 10  (helix 3.10) a fehérjékben és polipeptidekben található másodlagos struktúra  típusa . A számos jelenlévő fehérje másodlagos szerkezete közül a 310 - hélix a negyedik leggyakrabban megfigyelt típus az α-hélixek , β-lapok és β-fordulatok után . A 3 10 -hélix a fehérjék másodlagos szerkezetében található összes hélix közel 15-20%-át teszi ki, és általában az α-hélixek kiterjesztéseként figyelhetők meg, akár az N-, ​​akár a C-terminálisukon. A fehérjék 310 hélixei jellemzően csak három -öt aminosav hosszúságúak, szemben az α-hélixek átlagosan 10-12 aminosavaival . Mivel az α-hélixek hajlamosak egymás után hajtogatni és kibontakozni, azt javasolták, hogy a 3 10 hélix egyfajta közbenső konformációként szolgáljon az α-hélixek fel-/kihajtásában [1] .

Felfedezés

Max Perutz , a Cambridge -i Egyetem Orvosi Kutatási Tanácsának Molekuláris Biológiai Laboratóriumának vezetője írta az első tanulmányt a 3 10 hélixről [2] . Lawrence Bragggal és John Kendrew - val Perutz 1950-ben publikált egy tanulmányt a polipeptidlánc-konfigurációkról, amelyek nem kristályos diffrakciós adatokon, valamint kis molekulájú kristályszerkezeteken, például hajban található kristályokon alapultak [3] . Javaslataik között szerepelt a ma 3 10 hélix néven ismert , de nem tartalmazta a két gyakoribb szerkezeti motívumot, amelyeket valamivel később fedeztek fel. A következő évben Linus Pauling megjósolta mindkét motívumot, az alfa hélixet [4] és a béta lapot [5] egy tanulmányban, amely most fontosságát tekintve [2] összehasonlítja Francis Crick és James D. Watson publikációjával . DNS kettős hélix [6] . Pauling nagyon kritikus volt a Bragg, Kendrew és Perutz által javasolt spirális szerkezetekkel kapcsolatban, és kijelentette, hogy ezek mind valószínűtlenek [2] [4] .

Pauling és Corey cikke villámcsapásként ért. Ellentétben Kendrew-éval és az enyémmel, az övék mentes volt a vetemedéstől; minden amidcsoport planáris volt, és minden karbonilcsoport tökéletes hidrogénkötést alkotott minden negyedik aminosavval lejjebb a láncban. Az épület pontosan jól nézett ki. Hogy hiányozhattam volna?
– Max Perutz , 1998 [2] .

Később aznap Perutznak az az ötlete támadt, hogy végezzen egy kísérletet Pauling modelljének megerősítésére, és a laborba rohant, hogy elvégezze azt. Órákon belül bizonyítékai voltak az alfa hélixet alátámasztó bizonyítékoknak, amelyeket először hétfőn mutatott meg Braggnek [2] . Perutz megerősítette az alfa hélix szerkezetét nem sokkal ezután a Nature -ben [7] . Az 1950-es cikkben a 3 10 hélixhez kapcsolódó elméleti polipeptidszerkezetekre alkalmazott elvek a következők voltak: [3]

• A láncokat a különböző szomszédos amid (peptid) egységek hidrogén- és oxigénatomjai közötti hidrogénkötés tartja össze, amelyek akkor jönnek létre, amikor az aminosavak kondenzálódnak és polipeptidláncot képeznek. Helikális struktúrákat alkotnak, amelyeket a hidrogénkötések megszakítása nélkül nem lehet kibontani.
• Azok a szerkezetek, amelyekben az összes rendelkezésre álló NH és CO csoport hidrogénkötésben van, eredendően valószínűbb, mert szabad energiájuk feltehetően alacsonyabb.

A 3 10 -es hélix szerkezetét végül Kendrew erősítette meg 1958 -as mioglobinszerkezetében [8] , és 1960-ban is újra felfedezte, amikor Perutz meghatározta a hemoglobin szerkezetét [9] [10] [11] , és a későbbi munkáiban finomította. oxigénmentesített [12] [13] és oxigénezett formák [14] [14] .

Ma már ismert, hogy a hélix a 310 negyedik leggyakrabban megfigyelt típus az α-hélixek , β-lapok és β-fordulatok után [1] . Ezek szinte mindig rövid szakaszok, amelyeknek csaknem 96%-a négy vagy annál kevesebb aminosavmaradékot tartalmaz [15] :44 , és olyan helyeken jelennek meg, mint például a "sarkok", ahol az α-hélixek irányt változtatnak, például a mioglobin szerkezetében [8]. . Néhány helikális fehérje transzmembrán doménjében a feszültségfüggő káliumcsatornák feszültségérzékelő szegmensében hosszabb, hét és tizenegy csoport közötti régiókat figyeltek meg [16] .

Szerkezet

A 3-10 hélixben található aminosavak jobb oldali spirális szerkezetben helyezkednek el. Minden aminosav a hélix 120°-os fordulatának felel meg (azaz a hélixnek fordulatonként három csoportja van), a hélix tengelye mentén 2,0  Å -os eltolódásnak , és 10 atomot tartalmaz a hidrogénkötés által létrehozott gyűrűben [ 15] :44-45 . A legfontosabb, hogy az aminosav NH-csoportja hidrogénkötést képez az aminosav C=O csoportjával három csoporttal korábban; ez az ismétlődő i + 3 →  i hidrogénkötés egy 3 10 hélixet határoz meg . Hasonló felépítésű szerkezetek találhatók az α-hélixben ( i  + 4 →  i hidrogénkötés) és a Pi-hélixben ( i  + 5 →  i hidrogénkötés) [15] :44–45 [1] .

A hosszú, 3 10 hélixben lévő aminosavmaradékok ( φ ,  ψ ) kétszöget vesznek fel (-49°, -26° körül). A fehérjékben sok 3 10 hélix rövid, ezért eltér ezektől az értékektől. Általánosabban, a hosszú, 3 10 hélixben lévő maradékok kétszöget alkotnak, így az egyik maradék ψ diéderszöge és a következő maradék φ diéderszöge körülbelül -75°-ot tesz ki. Összehasonlításképpen az α-hélix diéderszögeinek összege hozzávetőlegesen –105°, a π-hélix esetében pedig körülbelül –125° [15] :44-45 .

A transz -izomereket tartalmazó polipeptid hélix Ω elfordulási szögének általános képletét a következő egyenlet adja meg: [15] :40

és mivel egy ideális 3 10 hélix Ω  = 120° esetén ebből az következik, hogy φ -t és ψ - t össze kell kapcsolni a következővel:

összhangban a megfigyelt φ  +  ψ -75° körüli értékével [15] :44 .

A 3 10 -hélixben lévő diéderszögek jelentősége az α-hélix szögeihez képest a hélix rövid hosszával magyarázható - 3-5 maradék hosszúságú, szemben az α-hélix 10-12 maradékával. . A molekulák átmeneti régióiban gyakran jelennek meg 3 10 -hélixek, ami meghatározza azok kis méretét, és főláncuk csavarodási szögeinek eloszlásához, következésképpen szabálytalanságokhoz vezet. Hidrogénkötés-hálózataik az α-hélixekhez képest torzultak, hozzájárulva instabilitásukhoz, bár a 3-10 hélix természetes fehérjékben való gyakori előfordulása bizonyítja fontosságukat az átmeneti struktúrákban [1] [1] .

Stabilitás

Mary Karpen, Peter De Hasset és Kenneth Neath [17] kutatásai révén 3 10 hélix stabilitási tényezőit azonosították. A hélixeket leginkább a nem poláris N -terminálison lévő aszpartát -maradék stabilizálja, amely kölcsönhatásba lép a spirális N -terminális amidcsoportjával . Ez az elektrosztatikus kölcsönhatás stabilizálja a peptid dipólusokat párhuzamos orientációban. Az α-hélixeket stabilizáló folytonos spirális hidrogénkötésekhez hasonlóan a magas aszpartátszint ugyanolyan fontos a 310 -hélixek fenntartásához . Az aszpartát magas gyakorisága mind a 310-hélixben, mind az α-hélixben azt jelzi, hogy befolyásolja a hélix iniciációját és terjedését, ugyanakkor arra utal, hogy az α terjedésének gátlásával hozzájárul a 310-hélix stabilizálásához. -helices [17 ] .

Lásd még

• alfa hélix
• pi spirál
• β-turn

Jegyzetek

1. ↑ 1 2 3 4 5 Roger Armen, Darwin OV Alonso, Valerie Daggett. Az α-, 3 10 - és π-hélix szerepe a hélix→tekercs átmenetekben  //  Protein Science. — 2003-06. — Vol. 12 , iss. 6 . — P. 1145–1157 . - doi : 10.1110/ps.0240103 .
2. ↑ 1 2 3 4 5 David Eisenberg. Az α-hélix és a β-lemez felfedezése, a fehérjék fő szerkezeti jellemzői  // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 2003-09-09. - T. 100 , sz. 20 . — S. 11207–11210 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.2034522100 .
3. ↑ 1 2 Polipeptidlánc konfigurációk kristályos fehérjékben  (angol)  // Proceedings of the Royal Society of London. A. sorozat. Matematikai és fizikai tudományok. — 1950-10-10. — Vol. 203 , iss. 1074 . — P. 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. A fehérjék szerkezete: A polipeptidlánc két hidrogénkötésű helikális konfigurációja  (angol)  // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 1951-04. — Vol. 37 , iss. 4 . — P. 205–211 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.37.4.205 .
5. ↑ Linus Pauling, Robert B. Corey. The Pleated Sheet, A New Layer Configuration of Polypeptide Chains  //  Proceedings of the National Academy of Sciences. - 1951-05. — Vol. 37 , iss. 5 . — P. 251–256 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.37.5.251 .
6. ↑ Watson, James D. (1953). "A nukleinsavak molekuláris szerkezete: a dezoxiribóz nukleinsav szerkezete." természet . 171 (4356): 737-738. Bibcode : 1953Natur.171..737W . DOI : 10.1038/171737a0 . PMID  13054692 .
7. ↑ MF Perutz. Új röntgenfelvételek a polipeptidláncok konfigurációjáról: polipeptidláncok a poli-γ-benzil-L-glutamátban, a keratinban és a hemoglobinban  //  Természet. - 1951-06. — Vol. 167 , iss. 4261 . - P. 1053-1054 . — ISSN 1476-4687 0028-0836, 1476-4687 . - doi : 10.1038/1671053a0 . Archiválva az eredetiből 2021. augusztus 13-án.
8. ↑ 1 2 J. C. Kendrew, G. Bodo, H. M. Dintzis, R. G. Parrish, H. Wyckoff. A röntgenanalízissel nyert mioglobinmolekula háromdimenziós modellje   // Természet . — 1958-03-08. — Vol. 181 , iss. 4610 . — P. 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. A hemoglobin szerkezete: Háromdimenziós Fourier-szintézis 5,5-Å-nél. Felbontás, röntgenanalízissel nyert   // Természet . - 1960-02. — Vol. 185 , iss. 4711 . — P. 416–422 . — ISSN 1476-4687 0028-0836, 1476-4687 . - doi : 10.1038/185416a0 .
10. ↑ MF Perutz. A hemoglobin molekula  // Scientific American. — 1964-11. - T. 211 , sz. 5 . – S. 64–76 . — ISSN 0036-8733 . - doi : 10.1038/scientificamerican1164-64 .
11. ↑ A tudomány nem csendes élet: a hemoglobin atomi mechanizmusának feltárása . - London [Anglia]: Imperial College Press, 1997. - xxi, 636 oldal p. - 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. A hemoglobin szerkezete és funkciója  (angol)  // Journal of Molecular Biology. – 1967-08. — Vol. 28 , iss. 1 . — P. 117–150 . - doi : 10.1016/S0022-2836(67)80082-2 .
13. ↑ W. Bolton, Joyce M. Cox, M. F. Perutz. A hemoglobin szerkezete és funkciója  (angol)  // Journal of Molecular Biology. — 1968-04. — Vol. 33 , iss. 1 . — P. 283–297 . - doi : 10.1016/0022-2836(68)90294-5 .
14. ↑ 1 2 M. F. Perutz, H. Muirhead, J. M. Cox, LCG Goaman. A ló oxihemoglobin háromdimenziós Fourier-szintézise 2,8 Å-nél Felbontás: Az atommodell   // Természet . - 1968-07. — Vol. 219 , iss. 5150 . — P. 131–139 . — ISSN 1476-4687 0028-0836, 1476-4687 . - doi : 10.1038/219131a0 .
15. ↑ 1 2 3 4 5 6 Ulo Langel. Bevezetés a peptidekbe és a fehérjékbe. . - Hoboken: Taylor és Francis, 2009. - 1 online forrás (440 oldal) p. - ISBN 978-1-4398-8204-7 , 1-4398-8204-5.
16. ↑ Ricardo Simão Vieira-Pires, João Henrique Morais-Cabral. 310 hélix a csatornákban és más membránfehérjékben  (angol)  // Journal of General Physiology. — 2010-12-01. — Vol. 136 , iss. 6 . — P. 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. Különbségek a 3 10-hélix és az α-hélix aminosav-eloszlásában  (angol)  // Protein Science. — 1992-10. — Vol. 1 , iss. 10 . - P. 1333-1342 . - doi : 10.1002/pro.5560011013 .