Polyprolinová šroubovice

Polyprolinová helix je druh proteinové  sekundární struktury , která se vyskytuje v aminokyselinových sekvencích obsahujících opakující se prolinové zbytky [1] . Levostranná šroubovice polyprolinu II ( PPII , poly-Pro II ) se vytvoří, když všechny po sobě jdoucí aminokyselinové zbytky zaujmou dihedrální úhly (φ, ψ) hlavního řetězce přibližně (-75°, 150°) a mají trans izomery . jejich peptidových vazeb . Tato PPII konformace je také charakteristická pro proteiny a polypeptidy s aminokyselinami jinými než prolin. Podobně kompaktnější pravotočivá šroubovice polyprolinu I ( PPI , poly-Pro I ) se vytvoří, když všechny po sobě jdoucí zbytky zaujmou dihedrální úhly (φ, ψ) páteře asi (-75°, 160°) a mají cis . izomery jejich peptidových vazeb . Z dvaceti běžných přirozeně se vyskytujících aminokyselin pouze prolin pravděpodobně přijímá cis izomer peptidové vazby , zejména peptidovou vazbu X- Pro ; sterické a elektronické faktory z velké části upřednostňují trans izomer ve většině ostatních peptidových vazeb. Nicméně, peptidové vazby , které nahrazují prolin jinou N - substituovanou aminokyselinou (jako je sarkosin ), mohou také převzít cis izomer.

Polyprolin II šroubovice

Šroubovice PPII je definována dihedrálními úhly (φ, ψ) páteře přibližně (-75°, 150°) a trans izomery peptidových vazeb. Úhel rotace Ω na zbytek jakékoli polypeptidové šroubovice s trans izomery je určen rovnicí

Dosazením dihedrálních úhlů poly-Pro II (φ, ψ) do této rovnice dostaneme téměř přesně Ω = −120°, tj. šroubovice PPII je levotočivá šroubovice (protože Ω je záporná) se třemi zbytky na otáčku (360 °/120° = 3). Posun řetězce na zbytek je přibližně 3,1 Á . Tato struktura je poněkud podobná struktuře vláknitého proteinu kolagenu , který se skládá především z prolinu, hydroxyprolinu a glycinu . PPII helixy se specificky vážou na SH3 domény ; tato vazba je důležitá pro mnoho interakcí protein-protein a dokonce i pro interakce mezi doménami stejného proteinu.

Šroubovice PPII je relativně otevřená a nemá žádné vnitřní vodíkové vazby , na rozdíl od běžnějších šroubovicových sekundárních struktur, α-šroubovice a jejích příbuzných 3 10 - helix a π-helix a β-helix . Atomy dusíku a kyslíku amidu jsou příliš daleko od sebe (přibližně 3,8 Á) a jsou nesprávně orientovány pro vodíkovou vazbu. Navíc oba tyto atomy jsou akceptory vodíkových vazeb v prolinu; neexistuje žádný donor H-vazby kvůli cyklickému postrannímu řetězci.

Dihedrální úhly páteře jako u PPII (-75°, 150°) jsou často pozorovány u proteinů, dokonce i pro jiné aminokyseliny než prolin [2] . Graf Ramachandran je silně obydlený v oblasti PPII ve srovnání s oblastí beta listu blízko (-135°, 135°). Například PPII páteřní dihedrály jsou často pozorovány v otáčkách, nejčastěji v prvním zbytku β-otočky typu II . "Zrcadlový obraz" dihedrální úhly páteře PPII (75°, -150°) jsou vzácné, s výjimkou polymerů achirální aminokyseliny glycinu . Analog šroubovice poly-Pro II v polyglycinu se nazývá šroubovice poly-Gly II . Některé proteiny, jako je nemrznoucí protein Hypogastrura harveyi , jsou složeny ze svazků šroubovic polyglycinu II bohatých na glycin [3] . Tento výjimečný protein, jehož trojrozměrná struktura je známá [4] , má unikátní NMR spektra a je stabilizován dimerizací a 28 vodíkovými vazbami Ca-H··O=C [5] . Helix PPII není charakteristický pro transmembránové proteiny a tato sekundární struktura neprochází lipidovými membránami in vivo. V roce 2018 skupina výzkumníků z Německa zkonstruovala a experimentálně pozorovala první PPII transmembránovou šroubovici tvořenou speciálně navrženými umělými peptidy [6] [7] .

Polyprolin I helix

Helix poly-Pro I je mnohem hustší než helix PPII díky cis izomerům jeho peptidových vazeb . Je také méně častý než konformace PPII, protože cis izomer má vyšší aktivační energii než trans . Jeho typické dihedrální úhly (-75°, 160°) jsou blízké, ale ne totožné s úhly šroubovice PPII. Šroubovice PPI je však pravotočivá a je pevněji navinutá, s přibližně 3,3 zbytky na otáčku (spíše než 3). Posun na zbytek ve šroubovici PPI je také mnohem menší, asi 1,9 Á . Opět zde není žádná vnitřní vodíková vazba ve šroubovici poly-Pro I, a to jak kvůli nedostatku donorového atomu vodíkové vazby, tak kvůli tomu, že amidové atomy dusíku a kyslíku jsou příliš daleko od sebe (opět asi 3,8 Á ) a špatně orientované.

Konstrukční vlastnosti

Tradičně byl PPII považován za relativně rigidní a byl používán jako "molekulární pravítko" ve strukturální biologii, například pro kalibraci měření účinnosti FRET. Následné experimentální a teoretické studie však tento obraz polyprolinového peptidu jako „tuhé tyče“ zpochybnily [8] [9] . Další studie využívající terahertzovou spektroskopii a výpočty funkční teorie hustoty ukázaly, že polyprolin je ve skutečnosti mnohem méně rigidní, než se původně předpokládalo [10] . Vzájemné konverze šroubovicových forem polyprolinu PPII a PPI nastávají pomalu kvůli vysoké aktivační energii cis-trans izomerizace X-Pro (E a ​​≈ 20 kcal/mol); tato vzájemná konverze však může být katalyzována specifickými izomerázami známými jako prolylhydroxylázové izomerázy nebo PPIázy. Vzájemná konverze mezi PPII a PPI helixy zahrnuje izomerizaci cis-trans peptidové vazby v celém peptidovém řetězci. Studie založené na spektrometrii iontové mobility prokázaly přítomnost určitého souboru meziproduktů v tomto procesu [11] .

Viz také

Poznámky

 

  1. ↑ Adzhubei, Alexej A. (2013). „Polyprolin-II Helix v proteinech: Struktura a funkce“. Journal of Molecular Biology . 425 (12): 2100-2132. DOI : 10.1016/j.jmb.2013.03.018 . ISSN  0022-2836 . PMID23507311  . _
  2. ↑ Adzhubei, Alexej A. (1993). "Helixy levotočivého polyprolinu II se běžně vyskytují v globulárních proteinech." Journal of Molecular Biology . 229 (2): 472-493. DOI : 10.1006/jmbi.1993.1047 . ISSN  0022-2836 . PMID  8429558 .
  3. ↑ Davies, Peter L. (2005-10-21). Nemrznoucí proteiny bohaté na glycin od sněžných blech. věda _ _ ]. 310 (5747): 461. doi : 10.1126 /science.1115145 . ISSN  0036-8075 . PMID  16239469 .
  4. ↑ Pentelute, Brad L. (2008-07-01). "Rentgenová struktura nemrznoucího proteinu proti sněžným blechám určená racemickou krystalizací syntetických proteinových enantiomerů." Journal of the American Chemical Society . 130 (30): 9695-9701. DOI : 10.1021/ja8013538 . ISSN  0002-7863 . PMID  18598029 .
  5. ↑ Treviño, Miguel Ángel (2018-11-15). "Singulární NMR otisk spirálového svazku Polyprolin II." Journal of the American Chemical Society ]. 140 (49): 16988-17000. doi : 10.1021/ jacs.8b05261 . PMID 30430829 . 
  6. ↑ Kubyshkin, Vladimir (2018). "Transmembránový polyprolin Helix". The Journal of Physical Chemistry Letters ]. 9 (9): 2170-2174. doi : 10.1021/ acs.jpclett.8b00829 . PMID29638132 . _ 
  7. ↑ Kubyshkin, Vladimir (2019). "Tloušťka dvojvrstvy určuje zarovnání modelových polyprolinových šroubovic v lipidových membránách." fyzikální chemie chemická fyzika ]. 21 (40): 22396-22408. Bibcode : 2019PCCP...2122396K . DOI : 10.1039/c9cp02996f . PMID 31577299 . 
  8. ↑ S. Doose, H. Neuweiler, H. Barsch a M. Sauer, Proč. Natl. Akad. sci. USA. 104, 17400 (2007)
  9. ↑ M. Moradi, V. Babin, C. Roland, T. A. Darden a C. Sagui, Proc. Natl. Akad. sci. USA. 106, 20746 (2009)
  10. ↑ M. T. Ruggiero, J. Sibik, J. A. Zeitler a T. M. Korter, Agnew. Chemi. Int. Ed. 55, 6877 (2016)
  11. ↑ El-Baba, Tarick J. (2019). "Zprostředkování peptidových konformací rozpouštědlem: Polyprolinové struktury ve vodě, methanolu, ethanolu a 1-propanolu, jak je stanoveno pomocí iontové mobility spektrometrie-hmotnostní spektrometrie." Journal of the American Society for Mass Spectrometry ]. 30 (1): 77-84. Bibcode : 2019JASMS..30...77E . DOI : 10.1007/s13361-018-2034-7 . PMID 30069641 . 
 Sekundární struktura proteinu
Spirály
Rozšíření
Super sekundární struktura