Pi spirál

A pi-hélix (vagy π-hélix ) a fehérjékben található másodlagos struktúra típusa [1] . Barbara Lowe krisztallográfus fedezte fel 1952-ben [2] , és egykor ritkaságnak számítottak, rövid π-hélixek találhatók az ismert fehérjeszerkezetek 15%-ában, és úgy gondolják, hogy evolúciós adaptációk, amelyeket egyetlen aminosav α-hélixbe való beillesztésével hoznak létre [3 ] . Mivel az ilyen inszertek nagymértékben destabilizálják a fehérjeláncot [4] , a π-hélix képződése általában evolúciós szelekciónak van kitéve, hacsak nem biztosít valamilyen funkcionális előnyt a fehérje számára. Ezért a π-hélixek általában a fehérjék funkcionális helyeinek közelében találhatók [3] [5] [6] .

Szabványos szerkezet

A standard π-hélix aminosavai jobb oldali spirális szerkezetben helyezkednek el. Mindegyik aminosav megfelel a hélix 87°-os fordulatának (azaz a hélixnek fordulatonként 4,1 maradéka van) és 1,15 Å (0,115 nm ) eltolódásnak a hélix tengelye mentén. A legfontosabb, hogy az aminosav NH csoportja hidrogénkötést hoz létre az aminosav C=O csoportjával öt csoporttal korábban; ez az ismétlődő i  + 5 → i hidrogénkötés határozza meg a π-hélixet. Hasonló felépítésű szerkezetek találhatók a 3 10 hélixben ( i  + 3 → i hidrogénkötés) és az α-hélixben ( i  + 4 → i hidrogénkötés).

A legtöbb π-hélix csak 7 maradék hosszú, és nincsenek rendszeresen ismétlődő ( φ ,  ψ ) diéderszögei a szerkezetben, mint az α-hélixeknek vagy β-lapoknak. Néhány általánosítás azonban tehető. Amikor az első és az utolsó aminosavpárt elimináljuk, a diéderszögek úgy léteznek, hogy az egyik maradék ψ diéderszöge és a következő maradék φ diéderszöge körülbelül –125°. Az első és utolsó pár maradék összege -95°, illetve -105°. Összehasonlításképpen a 3 10 spirál diéderszögeinek összege körülbelül –75°, míg az α spirálé körülbelül –105°. A prolin gyakran közvetlenül a π-hélixek megszűnése után figyelhető meg. A transz izomereket tartalmazó polipeptid hélix Ω elfordulási szögének általános képletét az egyenlet adja meg.

Balkezes szerkezet

A π-hélix balkezes változata lehetséges, ha a diéderszögek előjelét ( φ , ψ  ) ( 55°, 70°-ra) változtatjuk. Ennek a pszeudo-"tükör" spirálnak körülbelül ugyanannyi maradéka van fordulatonként (4,1) és a hélix osztásköze (1,5 Å). Ez nem igazi tükörkép, mert az aminosavmaradékok még mindig balkezes kiralitást mutatnak . Hosszú, balkezes π-hélix nem valószínű, hogy megjelenik a fehérjékben, mert a természetben előforduló aminosavak közül valószínűleg csak a glicinnek van pozitív diéderes φ szöge , például 55°.

π-hélixek a természetben

Az automatizált másodlagos szerkezet meghatározására általánosan használt programok, mint például a DSSP , feltételezik, hogy a fehérjék <1%-a tartalmaz π-hélixet. Ez a téves jellemzés abból a tényből adódik, hogy a természetben előforduló π-hélixek általában rövidek (7-10 maradék), és szinte mindig mindkét végén (azaz oldalsó) α-hélixekkel társulnak. Így szinte minden π-hélix el van rejtve abban az értelemben, hogy a π-hélixek helytelenül vannak hozzárendelve vagy egy α-hélixhez vagy "forduláshoz". A közelmúltban kifejlesztett programok, amelyek a fehérjeszerkezetek π-hélixeinek helyes annotálására írtak, azt találták, hogy minden hatodik fehérje (körülbelül 15%) valóban tartalmaz legalább egy π-hélix szegmenst [3] .

A természetes π-hélixek könnyen azonosíthatók a szerkezetben egy hosszabb α-hélixen belüli "dudorként". Az ilyen spirális dudorokat korábban α aneurizmáknak, α dudoroknak, π dudoroknak, széles fordulatoknak, hurokkijáratoknak és π fordulatoknak nevezték, de valójában π hélixek, amelyeket ismétlődő i + 5 → i hidrogénkötéseik határoznak meg [3] . A bizonyítékok arra utalnak, hogy ezek a dudorok vagy π-hélixek úgy jönnek létre, hogy egy plusz aminosavat egy már meglévő α-hélixbe helyeznek be. Így az α-hélixek és a π-hélixek kölcsönösen transzformálhatók egy aminosav inszerciójával és deléciójával [4] . Figyelembe véve mind a π-hélixek viszonylag magas előfordulási gyakoriságát, mind pedig a fehérjék funkcionális helyeivel (azaz aktív helyekkel ) való kapcsolatukat, ez az α-hélixek és π-hélixek közötti interkonvertálási képesség fontos mechanizmus volt az α-hélixek és a π-hélixek közötti átalakulásban és diverzifikációban. a fehérjék funkcionalitása az evolúció során.

A fehérjék egyik legfigyelemreméltóbb csoportja, amelynek funkcionális diverzifikációját úgy tűnik, erősen befolyásolta egy ilyen evolúciós mechanizmus, a ferritin-szerű szupercsalád , amely magában foglalja a ferritineket , bakterioferritineket , rubreritrineket , I. osztályú ribonukleotid-reduktázokat és oldható metán-monooxigenázokat . Az oldható metán-monooxigenáz tartja az egyetlen enzimben található legnagyobb számú π-hélix jelenlegi rekordját (13). ( EKT kód 1MTY). Azonban a Na + /Cl - függő neurotranszmitter transzporter (PDB kód 2A65) bakteriális homológja tartja az egy peptidláncban található π-hélixek számának rekordját (8 darab) [3] .

Lásd még

• α-hélix
• 3 10 spirál
• β-hélix

Jegyzetek

1. ↑ "A fehérjék szerkezete: A polipeptidlánc két hidrogénkötésű helikális konfigurációja". 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 . Letöltve: 2019. október 2. Az eredetiből archiválva : 2020. február 25. (határozatlan)
3. ↑ 1 2 3 4 5 Richard B. Cooley, Daniel J. Arp, P. Andrew Karplus. Egy másodlagos szerkezet evolúciós eredete: A π-heliszek mint kriptatikus, de széles körben elterjedt α-heliszek beszúrási változatai, amelyek fokozzák a fehérje funkcionalitását  //  Journal of Molecular Biology. — 2010-11. — Vol. 404 , iss. 2 . — P. 232–246 . - doi : 10.1016/j.jmb.2010.09.034 . Archiválva : 2021. május 26.
4. ↑ 1 2 L. J. Keefe, J. Sondek, D. Shortle, E. E. Lattman. Az alfa aneurizma: a staphylococcus nukleáz inszerciós mutánsában feltárt szerkezeti motívum.  (angol)  // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 1993-04-15. — Vol. 90 , iss. 8 . — P. 3275–3279 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.90.8.3275 .
5. ↑ Weaver TM (2000). "A pi-hélix a szerkezetet funkcióvá alakítja át." fehérjetudomány . 9 (1): 201-206. DOI : 10.1110/ps.9.1.201 . PMID  10739264 .
6. ↑ "A pi-hélix előfordulása, konformációs jellemzői és aminosav-hajlamai". ProteinEng . 15 (5): 353-358. 2002. DOI : 10.1093/protein/15.5.353 . PMID  12034854 .