310-spirála

Helix 3 10  (helix 3.10)  je druh sekundární struktury nacházející se v proteinech a polypeptidech. Z mnoha přítomných proteinových sekundárních struktur je 310 -helix čtvrtým nejčastěji pozorovaným typem po α-helixech , β-listech a β-otáčkách . 3 10 -helixy tvoří téměř 15-20 % všech helixů v sekundárních strukturách proteinů a jsou obvykle pozorovány jako prodloužení α-helixů, nacházejících se buď na jejich N- nebo C-koncích. 310-helixy v proteinech jsou typicky dlouhé pouze tři až pět zbytků, ve srovnání s průměrem 10-12 zbytků pro a-helixy . Kvůli tendenci α-helixů se postupně skládat a rozvinout bylo navrženo, že 310 helix slouží jako druh přechodné konformace při skládání/rozkládání α-helixů [1] .

Objev

Max Perutz , vedoucí Laboratoře molekulární biologie na University of Cambridge Medical Research Council , napsal první dokument dokumentující šroubovici 310 [ 2 ] . S Lawrencem Braggem a Johnem Kendrewem publikoval Perutz v roce 1950 studii konfigurací polypeptidového řetězce založenou na nekrystalických difrakčních datech a také na krystalových strukturách malých molekul, jako jsou krystaly nalezené ve vlasech [3] . Jejich návrhy zahrnovaly to, co je nyní známé jako 310 šroubovice , ale nezahrnovaly dva běžnější strukturální motivy, které byly objeveny o něco později. Následující rok Linus Pauling předpověděl oba tyto motivy, alfa šroubovici [4] a beta list [5] , v článku, který se nyní svou důležitostí srovnává [2] s publikací Francise Cricka a Jamese D. Watsona o Dvoušroubovice DNA [6] . Pauling byl velmi kritický vůči spirálovým strukturám navrženým Braggem, Kendrewem a Perutzem a prohlásil, že všechny byly nevěrohodné [2] [4] .

Paulingův a Coreyho článek mě zasáhl jako blesk. Na rozdíl od Kendrewových a mých, jejich nebyly deformovány; všechny amidové skupiny byly planární a každá karbonylová skupina vytvořila dokonalou vodíkovou vazbu s každým čtvrtým aminokyselinovým zbytkem dále v řetězci. Budova vypadala naprosto správně. Jak mi to mohlo uniknout?
— Max Perutz , 1998 [2] .

Později toho dne měl Perutz nápad provést experiment, aby potvrdil Paulingův model, a spěchal do laboratoře, aby to provedl. Během několika hodin měl důkazy podporující spirálu alfa, kterou poprvé ukázal Braggovi v pondělí [2] . Perutzovo potvrzení struktury alfa helixu bylo publikováno v Nature brzy poté [7] . Principy aplikované v článku z roku 1950 na teoretické struktury polypeptidů související s 3 10 šroubovicí zahrnovaly: [3]

Struktura 3 10 šroubovice byla nakonec potvrzena Kendrewem ve své struktuře myoglobinu z roku 1958 [8] , a byla také znovu objevena v roce 1960, kdy Perutz určil strukturu hemoglobinu [9] [10] [11] a upřesnil v následujících pracích na svém deoxygenované [12] [13] a okysličené formy [14] [14] .

Nyní je známo, že šroubovice je 3 10 čtvrtým nejčastěji pozorovaným typem po α-helixech , β-listech a β-zákrutech [1] . Téměř vždy se jedná o krátké úseky, z nichž téměř 96 % obsahuje čtyři nebo méně aminokyselinových zbytků [15] :44 , objevující se v místech, jako jsou „rohy“, kde α-helixy mění směr, například ve struktuře myoglobinu [8] . Delší oblasti, v rozsahu od sedmi do jedenácti zbytků, byly pozorovány v segmentu napěťového senzoru napěťově řízených draslíkových kanálů v transmembránové doméně některých helikálních proteinů [16] .

Struktura

Aminokyseliny ve šroubovici 3-10 jsou uspořádány do pravotočivé šroubovice . Každá aminokyselina odpovídá otočení šroubovice o 120° (to znamená, že šroubovice má tři zbytky na otáčku), posunu o 2,0  Á podél osy šroubovice a má 10 atomů v kruhu tvořeném vodíkovou můstkou [ 15] :44-45 . Nejdůležitější je, že skupina NH aminokyseliny tvoří vodíkovou vazbu se skupinou C=O aminokyseliny o tři zbytky dříve; tato opakovaná i + 3 →  i vodíková vazba definuje 3 10 šroubovici. Podobné konstrukční struktury se nacházejí u α-helixu ( i  + 4 →  i vodíková vazba) a Pi-helixu ( i  + 5 →  i vodíková vazba) [15] :44–45 [1] .

Aminokyselinové zbytky v dlouhých 3 10 šroubovicích zaujímají ( φ ,  ψ ) dihedrální úhly kolem (−49°, −26°). Mnoho 3 10 helixů v proteinech je krátkých, a proto se odchylují od těchto hodnot. Obecněji, zbytky v dlouhých 3 10 šroubovicích tvoří dihedrální úhly, takže dihedrální úhel ψ jednoho zbytku a dihedrální úhel φ dalšího zbytku tvoří přibližně -75°. Pro srovnání, součet dihedrálních úhlů pro α-šroubovici je přibližně -105° a pro π-šroubovici přibližně -125° [15] :44–45 .

Obecný vzorec pro úhel rotace Ω na zbytek libovolné polypeptidové šroubovice s trans izomery je dán rovnicí: [15] :40

a protože pro ideální 3 10 šroubovici Ω  = 120°, z toho vyplývá, že φ a ψ musí souviset:

v souladu s pozorovanou hodnotou φ  +  ψ kolem −75° [15] :44 .

Význam dihedrálních úhlů v 3 10 -helixu vzhledem k úhlům α-helixu lze vysvětlit krátkou délkou této šroubovice - od 3 do 5 zbytků na délku ve srovnání s 10-12 zbytky v α-helixu . V přechodových oblastech molekul se často objevují 3 10 -helixy, což určuje jejich malou velikost a vede k odchylkám v rozložení úhlů zkroucení jejich hlavního řetězce a následně k nepravidelnostem. Jejich sítě vodíkových můstků jsou ve srovnání s α-helixy zdeformované, což přispívá k jejich nestabilitě, ačkoli častý výskyt 3-10 helixu v přírodních proteinech dokazuje jejich význam v přechodných strukturách [1] [1] .

Stabilita

Prostřednictvím výzkumu Mary Karpenové, Petera De Hasseta a Kennetha Neatha [17] byly identifikovány faktory stability v 3 10 šroubovicích. Helixy jsou nejvýrazněji stabilizovány aspartátovým zbytkem na nepolárním N - konci, který interaguje s amidovou skupinou na helikálním N - konci. Tato elektrostatická interakce stabilizuje peptidové dipóly v paralelní orientaci. Stejně jako spojité helikální vodíkové vazby, které stabilizují α-helixy, jsou vysoké hladiny aspartátu stejně důležité pro udržení 310 -helixů . Vysoká frekvence aspartátu jak v 310-helixu, tak v α-helixech ukazuje na jeho vliv na iniciaci a šíření helixu, ale zároveň naznačuje, že přispívá ke stabilizaci 310 -helixu inhibicí šíření α. -šroubovice [17] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Roger Armen, Darwin OV Alonso, Valerie Daggett. Role α-, 3 10 - a π-helixu v přechodech helix→coil  //  Protein Science. — 2003-06. — Sv. 12 , iss. 6 . — S. 1145–1157 . - doi : 10.1110/ps.0240103 .
  2. ↑ 1 2 3 4 5 David Eisenberg. Objev α-helixu a β-listu, hlavních strukturních rysů proteinů  // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 2003-09-09. - T. 100 , č.p. 20 . — S. 11207–11210 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.2034522100 .
  3. ↑ 1 2 Konfigurace polypeptidového řetězce v krystalických proteinech  (anglicky)  // Proceedings of the Royal Society of London. Řada A. Matematické a fyzikální vědy. — 10. 10. 1950. — Sv. 203 , iss. 1074 . — S. 321–357 . — ISSN 2053-9169 0080-4630, 2053-9169 . - doi : 10.1098/rspa.1950.0142 .
  4. ↑ 1 2 Linus Pauling, Robert B. Corey, H. R. Branson. Struktura proteinů: Dvě helikální konfigurace polypeptidového řetězce s vodíkovými vazbami  (anglicky)  // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 1951-04. — Sv. 37 , iss. 4 . — S. 205–211 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.37.4.205 .
  5. ↑ Linus Pauling, Robert B. Corey. Pleated Sheet, A New Layer Configuration of Polypeptide Chains  //  Proceedings of the National Academy of Sciences. - 1951-05. — Sv. 37 , iss. 5 . — S. 251–256 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.37.5.251 .
  6. ↑ Watson, James D. (1953). "Molekulární struktura nukleových kyselin: Struktura deoxyribózové nukleové kyseliny." příroda . 171 (4356): 737-738. Bibcode : 1953Natur.171..737W . DOI : 10.1038/171737a0 . PMID  13054692 .
  7. ↑ MF Perutz. Nové rentgenové důkazy o konfiguraci polypeptidových řetězců: Polypeptidové řetězce v poly-γ-benzyl-L-glutamátu, keratinu a hemoglobinu  //  Příroda. - 1951-06. — Sv. 167 , iss. 4261 . - S. 1053-1054 . — ISSN 1476-4687 0028-0836, 1476-4687 . - doi : 10.1038/1671053a0 . Archivováno z originálu 13. srpna 2021.
  8. ↑ 1 2 J. C. Kendrew, G. Bodo, H. M. Dintzis, R. G. Parrish, H. Wyckoff. Trojrozměrný model molekuly myoglobinu získaný rentgenovou analýzou   // Nature . — 1958-03-08. — Sv. 181 , iss. 4610 . — S. 662–666 . — ISSN 1476-4687 0028-0836, 1476-4687 . - doi : 10.1038/181662a0 .
  9. ↑ MF Perutz, MG Rossmann, Ann F. Cullis, Hilary Muirhead, Georg Will. Struktura hemoglobinu: Trojrozměrná Fourierova syntéza při 5,5-Á. Rozlišení, získané rentgenovou analýzou   // Nature . - 1960-02. — Sv. 185 , iss. 4711 . — S. 416–422 . — ISSN 1476-4687 0028-0836, 1476-4687 . - doi : 10.1038/185416a0 .
  10. ↑ MF Perutz. Molekula hemoglobinu  // Scientific American. — 1964-11. - T. 211 , č.p. 5 . — S. 64–76 . — ISSN 0036-8733 . - doi : 10.1038/scientificamerican1164-64 .
  11. ↑ Věda není klidný život: odhalování atomového mechanismu hemoglobinu . - Londýn [Anglie]: Imperial College Press, 1997. - xxi, 636 stran s. - ISBN 981-02-2774-4 , 978-981-02-2774-6, 981-02-3057-5, 978-981-02-3057-9.
  12. ↑ Hilary Muirhead, Joyce M. Cox, L. Mazzarella, MF Perutz. Struktura a funkce hemoglobinu  (anglicky)  // Journal of Molecular Biology. — 1967-08. — Sv. 28 , iss. 1 . — S. 117–150 . - doi : 10.1016/S0022-2836(67)80082-2 .
  13. ↑ W. Bolton, Joyce M. Cox, M. F. Perutz. Struktura a funkce hemoglobinu  (anglicky)  // Journal of Molecular Biology. — 1968-04. — Sv. 33 , iss. 1 . — S. 283–297 . - doi : 10.1016/0022-2836(68)90294-5 .
  14. ↑ 1 2 M. F. Perutz, H. Muirhead, J. M. Cox, LCG Goaman. Trojrozměrná Fourierova syntéza koňského oxyhemoglobinu při rozlišení 2,8 Å: The Atomic Model   // Nature . - 1968-07. — Sv. 219 , iss. 5150 . — S. 131–139 . — ISSN 1476-4687 0028-0836, 1476-4687 . - doi : 10.1038/219131a0 .
  15. ↑ 1 2 3 4 5 6 Ulo Langel. Úvod do peptidů a proteinů. . - Hoboken: Taylor and Francis, 2009. - 1 online zdroj (440 stran) str. - ISBN 978-1-4398-8204-7 , 1-4398-8204-5.
  16. ↑ Ricardo Simão Vieira-Pires, João Henrique Morais-Cabral. 310 helixů v kanálech a dalších membránových proteinech  (anglicky)  // Journal of General Physiology. — 2010-12-01. — Sv. 136 , iss. 6 . — S. 585–592 . — ISSN 0022-1295 1540-7748, 0022-1295 . - doi : 10.1085/jgp.201010508 .
  17. ↑ 1 2 Mary E. Karpen, Pieter L. De Haseth, Kenneth E. Neet. Rozdíly v distribuci aminokyselin 310 -helixů a α -helixů  (anglicky)  // Protein Science. — 1992-10. — Sv. 1 , iss. 10 . - S. 1333-1342 . - doi : 10.1002/pro.5560011013 .


 Sekundární struktura proteinu
Spirály
Rozšíření
Super sekundární struktura