Šroubovitá spirála je strukturní motiv v proteinech , ve kterém je 2-7 [1] alfa helixů stočeno dohromady jako vlákna lana. ( Dimery a trimery jsou nejběžnější typy.) Mnoho coiled-coil proteinů se podílí na důležitých biologických funkcích, jako je regulace genové exprese — například transkripčních faktorů . Prominentními příklady jsou onkoproteiny c-Fos a c-jun a svalový protein tropomyosin .
Schopnost vytvářet spirálové spirály pro α- keratin byla zpočátku poněkud kontroverzní. Linus Pauling a Francis Crick nezávisle dospěli k závěru, že to bylo možné přibližně ve stejnou dobu. V létě 1952 Pauling navštívil laboratoř v Anglii , kde Crick pracoval. Pauling a Crick se setkali a hovořili o různých tématech; na jednom místě Crick zeptal se jestliže Pauling zvažoval “spirální role” (Crick razil termín), ke kterému Pauling odpověděl, že on dělal. Po svém návratu do Spojených států Pauling pokračoval ve výzkumu na toto téma. Došel k závěru, že spirálové cívky existují, a v říjnu předložil dlouhý rukopis časopisu Nature . Paulingův syn Peter Pauling pracoval ve stejné laboratoři jako Crick a řekl mu o této zprávě. Crick věřil, že Pauling ukradl jeho nápad a několik dní poté, co obdržel Paulingův rukopis, poslal Nature kratší zprávu. Nakonec, po nějaké kontroverzi a časté korespondenci, Crickova laboratoř uvedla, že k nápadu dospěli nezávisle oba výzkumníci a že k žádné intelektuální krádeži nedošlo [2] . Ve své poznámce (která byla kvůli kratší délce publikována jako první) Crick navrhl spirálovou cívku a také matematické metody pro určení jejich struktury [3] . Je pozoruhodné, že se tak stalo krátce poté, co Linus Pauling a jeho kolegové v roce 1951 navrhli strukturu alfa šroubovice [4] . Tyto studie byly publikovány bez informací o sekvenci keratinu. První keratinové sekvence identifikovali Hanukoglu a Fuchs v roce 1982 [5] [6]
Na základě predikce sekvence a analýzy sekundární struktury byly identifikovány helikální keratinové domény [6] . Tyto modely byly potvrzeny strukturní analýzou helikálních domén keratinů [7] .
Helikální spirály obvykle obsahují hxxhcxc opakující se vzor hydrofobních ( h ) a nabitých ( c ) aminokyselinových zbytků, nazývaných sedmičlenná repetice [8] . Pozice v sedmičlenné repetici se obvykle označují abcdefg , kde a a d jsou hydrofobní polohy často obsazené isoleucinem , leucinem nebo valinem . Složení sekvence s tímto opakujícím se motivem do sekundární alfa-helikální struktury vede k tomu, že hydrofobní zbytky jsou prezentovány jako "pás", který se jemně ovine kolem šroubovice levotočivým způsobem a tvoří amfipatickou strukturu. Nejvýhodnějším způsobem umístění dvou takových helixů do vodou naplněného prostředí cytoplazmy je navinutí hydrofobních řetězců na sebe, vložené mezi hydrofilní aminokyseliny. Je to tedy pohřbívání hydrofobních povrchů, které poskytuje termodynamickou hnací sílu pro oligomerizaci. Uspořádání na rozhraní helix-helix je extrémně husté, s téměř úplným van der Waalsovým kontaktem mezi postranními řetězci zbytků a a d. Toto těsné balení bylo původně předpovězeno Francisem Crickem v roce 1952 [3] a nazývá se „nacpávání rukojetí do otvorů“.
α-helixy mohou být paralelní nebo antiparalelní a obvykle mají levotočivou superhelix (obr. 1). V přírodě a v uměle vytvořených proteinech bylo také pozorováno několik pravotočivých spirálových spirál [9] .
Vstup viru do CD4-pozitivních buněk začíná, když se tři podjednotky glykoproteinu 120 ( gp120 ) navážou na CD4 receptor a koreceptor. Glykoprotein gp120 je úzce spojen s trimerem gp41 prostřednictvím van der Waalsových interakcí. Když se gp120 naváže na CD4 receptor a koreceptor, řada konformačních změn ve struktuře vede k disociaci gp120 a expozici gp41 , přičemž zároveň ukotví N-koncovou sekvenci fúzního peptidu gp41 do hostitelské buňky. . Pružinový mechanismus je zodpovědný za zajištění toho, že membrány viru a buněk jsou dostatečně blízko u sebe, aby se mohly spojit. Zdroj pružinového mechanismu spočívá v exponovaném gp41 , který obsahuje dvě po sobě jdoucí sedmičlenné repetice (HR1 a HR2) po fúzním peptidu na N-konci proteinu. HR1 tvoří paralelní trimerní spirálovou spirálu, kolem které je navinuta oblast HR2, tvořící strukturu vlásenkového trimeru (nebo svazku šesti šroubovic), čímž usnadňuje fúzi membrán přiblížením membrán k sobě. Virus poté vstoupí do buňky a začne se replikovat. Nedávno byly vyvinuty inhibitory odvozené od HR2, jako je Fuzeon (DP178, T-20), které se váží na oblast HR1 gp41. Peptidy odvozené od HR1 však mají malou účinnost virové inhibice v důsledku sklonu těchto peptidů k agregaci v roztoku. Chiméry těchto peptidů odvozených od HR1 s GCN4 leucinovými zipy byly vyvinuty a ukázalo se, že jsou účinnější než Fuzeon , ale dosud nevstoupily do klinické praxe.
Kvůli jejich specifické interakci mohou být spirálové spirály použity jako „tagy“ ke stabilizaci nebo poskytnutí specifického stavu oligomerizace [10] . Bylo zjištěno, že interakce helikální spirály řídí oligomerizaci podjednotek BBS2 a BBS7 [11] [12] .
Obecný problém rozhodování o složené struktuře proteinu s danou sekvencí aminokyselin (takzvaný problém skládání proteinu ) nebyl vyřešen. Šroubovitá cívka je však jedním z relativně malého počtu motivů skládání, u kterých je vztah mezi sekvencí a konečnou strukturou skládání poměrně dobře znám [13] [14] . Harbury a kol. provedli přelomovou studii pomocí archetypální spirálové spirály, GCN4, ve které byla stanovena pravidla, která řídí, jak peptidová sekvence ovlivňuje oligomerní stav (tj. počet alfa helixů v konečném sestavení) [15] [16] . Šroubovitá spirála GCN4 je 31-aminokyselinová (což odpovídá jen něco málo přes čtyři sedmičlenná ) paralelní, dimerní (tj. složená ze dvou alfa helixů ) spirálová spirála a má opakující se isoleucin (nebo I v jednopísmenném kódu ) a leucin (L ) v polohách a a d a tvoří dimerní spirálovou spirálu. Když se aminokyseliny v pozicích aad změnily z I na a a L na d na I na aa I na d , vytvořila se trimerní (tři alfa helixy ) spirálová spirála. Také přepnutí poloh L do a az I do d vedlo k tetramerické (čtyři alfa helix ) spirálové cívce. Představují soubor pravidel pro určování oligomerních stavů spirálové spirály a umožňují vědcům efektivně zkoumat chování oligomerizace. Dalším aspektem sestavy spirálové spirály, který je relativně dobře pochopen, alespoň v případě dimerních spirálových spirál, je to, že umístění polárního zbytku (konkrétně asparaginu , N) do opačných poloh iniciuje sestavu paralelní spirálové spirály. Tento efekt je způsoben samokomplementární vodíkovou vazbou mezi těmito zbytky, která by nebyla splněna, pokud by N bylo spárováno například s L na opačné šroubovici [17] .
Peacock, Picramenou a kolegové nedávno prokázali, že spirálové spirály mohou být samosestavovány pomocí lanthanoidových iontů jako matrice, a tak vytvářet nová zobrazovací činidla [18] .
| Sekundární struktura proteinu | ||
|---|---|---|
| Spirály | ||
| Rozšíření |
| |
| Super sekundární struktura | ||