A spirális tekercs egy szerkezeti motívum a fehérjékben , amelyben 2-7 [1] alfa hélix kötélszálként tekercselődik össze. ( A dimerek és a trimerek a leggyakoribb típusok.) Sok tekercselt tekercs fehérje fontos biológiai funkciókban vesz részt, mint például a génexpresszió szabályozásában – például a transzkripciós faktorokban . Kiemelkedő példák a c-Fos és c-jun onkoproteinek , valamint a tropomiozin izomfehérje .
Az α- keratin helikális tekercseinek kialakításának képessége kezdetben kissé ellentmondásos volt. Linus Pauling és Francis Crick egymástól függetlenül arra a következtetésre jutottak, hogy ez nagyjából egy időben lehetséges. 1952 nyarán Pauling felkereste az angliai laboratóriumot, ahol Crick dolgozott. Pauling és Crick találkoztak és különféle témákról beszélgettek; egy ponton Crick megkérdezte, hogy Pauling a "spiráltekercseknek" tekinti-e (Crick alkotta meg a kifejezést), mire Pauling azt válaszolta, hogy igen. Miután visszatért az Egyesült Államokba, Pauling folytatta a kutatást a témában. Arra a következtetésre jutott, hogy léteznek spiráltekercsek, és októberben benyújtott egy terjedelmes kéziratot a Nature folyóiratnak . Pauling fia, Peter Pauling ugyanabban a laboratóriumban dolgozott, mint Crick, és elmondta neki ezt a jelentést. Crick úgy vélte, hogy Pauling ellopta az ötletét, és néhány nappal azután, hogy megkapta Pauling kéziratát , rövidebb megjegyzést küldött a Nature -nek. Végül némi vita és gyakori levelezés után Crick laboratóriuma kijelentette, hogy az ötlethez mindkét kutató egymástól függetlenül jutott el, és nem történt szellemi lopás [2] . Crick jegyzetében (amely rövidebb hossza miatt jelent meg először) egy spirális tekercset, valamint matematikai módszereket javasolt a szerkezetük meghatározására [3] . Figyelemre méltó, hogy ez nem sokkal azután történt, hogy Linus Pauling és munkatársai 1951-ben javasolták az alfa hélix szerkezetét [4] . Ezeket a tanulmányokat keratinszekvencia információ hiányában tették közzé. Az első keratin szekvenciákat Hanukoglu és Fuchs azonosította 1982-ben [5] [6]
A szekvencia-előrejelzés és a másodlagos szerkezetelemzés alapján helikális keratindoméneket azonosítottak [6] . Ezeket a modelleket a keratinok helikális doménjeinek szerkezeti elemzése igazolta [7] .
A helikális tekercsek általában hxxhcxc ismétlődő mintázatot tartalmaznak hidrofób ( h ) és töltött ( c ) aminosavakból , amit heptád ismétlődésnek neveznek [8] . A heptád ismétlődésében lévő pozíciókat általában abcdefg-nek jelölik , ahol a és d hidrofób pozíciók, amelyeket gyakran izoleucin , leucin vagy valin foglal el . Ha az ismétlődő motívummal rendelkező szekvenciát egy másodlagos alfa-helikális szerkezetbe hajtjuk össze, akkor a hidrofób maradékok "sávként" jelennek meg, amely finoman körbeveszi a hélixet, balkezes módon, és amfipatikus szerkezetet alkot. A citoplazma vízzel telt környezetében két ilyen hélix elhelyezésének legkedvezőbb módja a hidrofób láncok egymásra tekercselése, amelyek hidrofil aminosavak közé helyezkednek el. Így a hidrofób felületek eltemetése adja az oligomerizáció termodinamikai hajtóerejét. A hélix-hélix határfelületen a tömítés rendkívül sűrű, szinte teljes van der Waals érintkezés van az a és d maradékok oldalláncai között . Ezt a szoros csomagolást eredetileg Francis Crick jósolta 1952-ben [3] , és a fogantyúk lyukakba tömésének nevezték.
Az α-hélixek lehetnek párhuzamosak vagy anti-párhuzamosak, és általában baloldali szuperhélixük van (1. ábra). Számos jobbkezes helikális tekercset is megfigyeltek a természetben és a mesterséges fehérjékben [9] .
A vírus bejutása a CD4-pozitív sejtekbe akkor kezdődik, amikor a glikoprotein 120 ( gp120 ) három alegysége kötődik a CD4 receptorhoz és a koreceptorhoz. A gp120 glikoprotein van der Waals kölcsönhatásokon keresztül szorosan kapcsolódik a gp41 trimerhez. Amikor a gp120 kötődik a CD4 receptorhoz és a koreceptorhoz, a szerkezetben bekövetkező konformációs változások sorozata a gp120 disszociációjához és a gp41 expozíciójához vezet , miközben az N-terminális gp41 fúziós peptidszekvenciát a gazdasejtbe rögzíti. . A rugós mechanizmus felelős azért, hogy a vírus és a sejtek membránjai elég közel legyenek egymáshoz ahhoz, hogy egyesülhessenek. A rugós mechanizmus forrása az exponált gp41 -ben rejlik , amely két egymást követő heptád ismétlődést (HR1 és HR2) tartalmaz, a fehérje N-terminálisán lévő fúziós peptidet követően. A HR1 egy párhuzamos trimer spirális tekercset képez, amely köré a HR2 régió tekercselődik, és egy hajtű trimer (vagy hat-hélix köteg) szerkezetet alkot, ezáltal megkönnyíti a membránfúziót azáltal, hogy a membránokat közelebb hozza egymáshoz. A vírus ezután behatol a sejtbe, és elkezd szaporodni. A közelmúltban olyan HR2-ből származó inhibitorokat fejlesztettek ki, mint például a Fuzeon (DP178, T-20), amelyek a gp41 HR1 régiójához kötődnek. A HR1-eredetű peptidek azonban csekély vírusgátló hatékonysággal rendelkeznek, mivel ezek a peptidek oldatban aggregálódnak. Ezeknek a HR1-eredetű peptideknek a GCN4 leucin cipzáras kiméráit fejlesztették ki , és kimutatták, hogy erősebbek, mint a Fuzeon , de még nem léptek be a klinikai gyakorlatba.
Speciális kölcsönhatásuk miatt a spirális tekercsek "címkékként" használhatók az oligomerizáció specifikus állapotának stabilizálására vagy biztosítására [10] . A spirális tekercs kölcsönhatásról azt találták, hogy a BBS2 és BBS7 alegységek oligomerizációját irányítja [11] [12] .
Nem oldódott meg az az általános probléma, hogy egy adott aminosav szekvenciánál egy fehérje hajtogatott szerkezetét határozzuk meg (az ún. protein folding probléma ). A spirális tekercs azonban egyike azon viszonylag kis számú hajtogatási motívumnak, amelyek esetében a szekvencia és a végső hajtogatási struktúra közötti kapcsolat viszonylag jól ismert [13] [14] . Harbury et al. mérföldkőnek számító vizsgálatot végzett az archetipikus helikális tekercs, a GCN4 segítségével, amelyben szabályokat állapítottak meg, amelyek szabályozzák, hogy a peptidszekvencia hogyan befolyásolja az oligomer állapotot (azaz az alfa hélixek számát a végső összeállításban) [15] [16] . A GCN4 spirális tekercs egy 31 aminosavból álló (ami valamivel több mint négy heptádnak felel meg ) párhuzamos, dimer (azaz két alfa hélixből álló ) spirális tekercs, és ismétlődő izoleucinnal (vagy I az egybetűs kódban ) és leucinnal (L ) rendelkezik. ) az a és d pozíciókban , és dimer spirális tekercset alkot. Amikor az a és d pozícióban lévő aminosavakat I-ről a-ra , L-ről d -re I-re a-ra és I-ről d -re változtattuk , egy trimer (három alfa-hélix ) spirális tekercs jött létre. Ezenkívül az L helyzet a-ra és az I-ről d-re váltása tetramer ( négy alfa hélix ) spirális tekercset eredményezett. Ezek egy sor szabálykészlet a spirális tekercs oligomer állapotának meghatározására, és lehetővé teszik a tudósok számára, hogy hatékonyan vizsgálják az oligomerizáció viselkedését. A spirális tekercs összeállítás egy másik aspektusa, amely viszonylag jól ismert, legalábbis a dimer spirális tekercsek esetében, hogy egy poláris maradék (különösen aszparagin , N) ellentétes helyzetbe helyezése párhuzamos spirális tekercs összeállítást indít el. Ez a hatás egy önkomplementer hidrogénkötésnek köszönhető ezen csoportok között, amely nem teljesülne, ha a N párosulna például L-vel a szemközti hélixen [17] .
A közelmúltban Peacock, Picramenou és munkatársai bebizonyították, hogy a spirális tekercsek lantanid(III)-ionok mátrixként történő felhasználásával önmagukban is összeépíthetők, így új képalkotó szerek jönnek létre [18] .
| A fehérje másodlagos szerkezete | ||
|---|---|---|
| Spirálok | ||
| Kiterjesztések | ||
| Szuper másodlagos szerkezet | ||