A béta hajtű (néha béta szalagnak vagy béta béta egységnek is nevezik ) egy egyszerű fehérje szerkezeti motívum , amely két hajtűnek tűnő béta szálat tartalmaz . A motívum két szálból áll, amelyek primer szerkezetükben szomszédosak , antiparallel irányban ( az egyik levél N-terminálisa szomszédos a következő C-terminálisával ), amelyeket egy 2-5 aminosavból álló rövid hurok köt össze . A béta hajtűk előfordulhatnak elszigetelten vagy hidrogénkötésű szálak sorozatának részeként, amelyek együtt egy béta-lapot alkotnak .
A kutatók, mint például Francisco Blanco és munkatársai fehérje- NMR segítségével kimutatták , hogy izolált rövid peptidekből vizes oldatban béta hajtűk állíthatók elő , ami arra utal, hogy a hajtűk nukleációs helyeket képezhetnek a fehérje feltekeredéséhez [1] .
A béta hajtűket eredetileg kizárólag a hurokszekvenciájukban lévő aminosavak száma alapján osztályozták , ezért nevezték egymaradékosnak, kétmaradékosnak stb. [2] Ez a rendszer azonban némileg kétértelmű, mert nem veszi figyelembe hogy a hajtű végét szimpla vagy kettős hidrogénkötéssel jelző maradékok egymáshoz. Azóta Milner-White és Poet egy továbbfejlesztett osztályozási módszert javasoltak [3] .
A béta hajtűket négy különálló osztályba sorolják. Minden osztály a lehető legkisebb számú maradékkal kezdődik a hurokban, és fokozatosan növeli a hurok méretét a hidrogénkötések eltávolításával a béta lapon. Az 1. osztályú elsődleges hajtű egy egymaradékból álló hurok, amelyben a kapcsolt maradékok két hidrogénkötést tartalmaznak. Ezután egy hidrogénkötést eltávolítanak, és egy hárommaradékos hurkot képeznek, amely egy 1. osztályú másodlagos hajtű. Az egyszeresen kötött maradékokat hurokszekvenciában számolják, de jelzik a hurok végét is, így ezt a hajtűt hárommaradékos hurokként határozzák meg. . Ezt az egyszeri hidrogénkötést ezután eltávolítják, hogy harmadlagos hajtűt hozzanak létre; egy öt maradékból álló hurok kétszeresen kapcsolódó maradékokkal. Ez a minta a végtelenségig folytatódik, és meghatározza az összes béta hajtűt egy osztályon belül. A 2. osztály ugyanezt a mintát követi, egy két csoportból álló hurokkal kezdve, ahol a terminális csoportok két hidrogénkötést tartalmaznak. A 3. osztály három, a 4. osztály négy szermaradékkal indul. Az 5. osztály nem létezik, mert ez az alap hajtű már az 1. osztályban definiálva van. Ez az osztályozási séma nemcsak a hidrogénkötés különböző fokait veszi figyelembe, hanem a hajtű biológiai viselkedéséről is beszél. Egyetlen aminosav szubsztitúció megszakíthat egy adott hidrogénkötést, de nem fordítja meg a hajtűt, és nem változtatja meg az osztályát. Másrészt, az aminosavak inszercióinak és delécióinak ki kell bontakozniuk és át kell rendezniük a teljes béta-láncot, hogy elkerüljék a béta kidudorodását a másodlagos szerkezetben. Ez a folyamat során megváltoztatja a hajtűosztályt. Mivel a szubsztitúciók a leggyakoribb aminosavmutációk, egy fehérje potenciálisan átalakulhat anélkül, hogy befolyásolná a béta hajtű működését [3] .
A mikrodomén hajtogatásának mechanizmusának megértése segíthet rávilágítani a teljes fehérjék hajtogatási mintázataira . A chignolin nevű béta hajtűvel végzett kutatás (lásd Chignolin in Proteopedia ) egy lépcsőzetes hajtogatási folyamatot tárt fel, amely a béta hajtűt hajtja. Ez a hajtű több mint 13 000 ismert hajtűvel osztozik, így általánosabb modellként szolgálhat a béta hajtűképzéshez. A natív fordulórégió kialakulása jelzi a hajtogatási kaszkád kezdetét, ahol a natív fordulat az, amely a végső hajtásszerkezetben van jelen.
Az összes fehérje hajtogatásakor a fordulat nem a natív fordulat területén fordulhat elő, hanem a béta-hajtű C-láncában. Ez a fordulat azután a C-szálon (a C-terminálishoz vezető béta-szálon) keresztül terjed, amíg el nem éri a natív fordulat régióját. Néha a natív fordulat régiójához vezető maradékok kölcsönhatásai túl erősek, ami kibontakozik. Azonban amint létrejön egy natív fordulat, a prolinok és a triptofán-maradékok közötti kölcsönhatások (a jobb oldali képen látható) a régióban segítenek stabilizálni a fordulatot, megakadályozva a "visszafordulást" vagy a kibontakozást.
A kutatók úgy vélik, hogy az N-szálban nem fordulnak elő fordulatok a megnövekedett merevség miatt (amit gyakran a natív fordulatrégióhoz vezető prolin okoz) és a kevesebb konformációs eltérés miatt. A kezdeti tekercs kialakulása körülbelül 1 μs alatt történik. Miután a kezdeti fordulat létrejött, két mechanizmust javasoltak a béta hajtű többi részének hajtogatására: hidrofób összeomlást az oldallánc szintjének átrendeződésével, vagy a hagyományosabb cipzárszerű mechanizmust [4] .
A β-hajtű hurok motívum számos makromolekuláris fehérjében megtalálható. A kicsi és egyszerű β-hajtűk azonban önállóan is létezhetnek. Ennek tisztánlátása érdekében a Pin1 domén fehérje példaként látható a bal oldalon.
A β-rétegben gazdag fehérjék, más néven WW domének , úgy működnek, hogy prolinban gazdag és/vagy foszforilált peptidekhez kapcsolódnak, és közvetítik a fehérje-fehérje kölcsönhatásokat . A "WW" két triptofán (W) csoportra utal, amelyek szekvenciában konzerváltak, és elősegítik a β-lemezek felhajtását, hogy egy kis hidrofób magot képezzenek [5] . A triptofán-maradékok lent (jobbra) piros színnel láthatók.
Ez az enzim megköti ligandumát a konzervált triptofánok van der Waals -erőin és a ligandum prolinban gazdag régióin keresztül. Más aminosavak ezután kötődhetnek a β-hajtű szerkezetének hidrofób magjához, így biztosítva a megbízható kötődést [6] .
Az is gyakori, hogy prolinmaradékokat találnak a β-hajtű hurokrészében, mivel ez az aminosav merev, és elősegíti a tekercs kialakulását. Ezek a prolin-maradékok piros oldalláncként láthatók az alábbi Pin1 WW domén képen (balra).
A β-hajtű szerkezetet felvevő peptidek tervezése (anélkül, hogy a fémkötéstől, a szokatlan aminosavaktól vagy a diszulfid keresztkötésektől függne) jelentős előrehaladást ért el, és lehetővé tette a fehérje dinamikájának megértését. Az α-hélixekkel ellentétben a β-hajtűket nem stabilizálja a hidrogénkötések szabályos mintázata. Ennek eredményeként a korai kísérletek legalább 20-30 aminosavra volt szükség a stabil β-hajtű harmadlagos redők eléréséhez. Ezt az alsó határt azonban 12 aminosavra csökkentették a triptofán-triptofán keresztláncpárok beépítésének köszönhetően megnövekedett stabilitás miatt. Kimutatták, hogy két nem hidrogénkötésű triptofán pár cipzárszerű motívumban párosul, stabilizálja a β-hajtű szerkezetét, miközben lehetővé teszi, hogy vízoldható maradjon . A triptofán cipzár β-peptid ( trpzip ) NMR szerkezete a szomszédos indolgyűrűk közötti kedvező kölcsönhatások stabilizáló hatását mutatja [7] .
A trpzip β-hajtű peptidek szintézise fotokapcsolókat tartalmaz, amelyek megkönnyítik a hajtogatás pontos szabályozását. Egyes aminosavakat viszont azobenzol helyettesít , amely 360 nm-es fény hatására transz-ból cisz-re válthat át. Amikor az azobenzol rész a cisz konformációban van, az aminosavak megfelelően illeszkednek, feltételezve, hogy β-hajtű keletkezik. A transz konformáció azonban nem rendelkezik a β-hajtűhöz megfelelő fordulási geometriával [8] . Ez a jelenség femtoszekundumos abszorpciós spektroszkópia segítségével peptidek konformációs dinamikájának vizsgálatára használható [8] .
| A fehérje másodlagos szerkezete | ||
|---|---|---|
| Spirálok | ||
| Kiterjesztések | ||
| Szuper másodlagos szerkezet | ||