Pí spirála

Pi-helix (neboli π-helix ) je druh sekundární struktury nalezené v proteinech [1] . Krátké π-helixy, objevené krystalografkou Barbarou Lowe v roce 1952 [2] a kdysi považované za vzácnost, se nacházejí v 15 % známých proteinových struktur a jsou považovány za evoluční adaptace vytvořené vložením jediné aminokyseliny do α-šroubovice [3 ] . Protože takové inzerty vysoce destabilizují proteinový řetězec [4] , tvorba π-helixu bude mít tendenci podléhat evoluční selekci, pokud neposkytuje proteinu nějaký funkční přínos. Proto se π-helixy obvykle nacházejí v blízkosti funkčních míst proteinů [3] [5] [6] .

Standardní struktura

Aminokyseliny ve standardní π-šroubovici jsou uspořádány do pravotočivé šroubovice . Každá aminokyselina odpovídá otočení šroubovice o 87° (tj. šroubovice má 4,1 zbytků na otáčku) a posunu o 1,15 Á (0,115 nm ) podél osy šroubovice. Nejdůležitější je, že skupina NH aminokyseliny tvoří vodíkovou vazbu se skupinou C=O aminokyseliny o pět zbytků dříve; tato opakovaná i  + 5 → i vodíková vazba definuje π-šroubovici. Podobné konstrukční struktury se nacházejí ve šroubovici 3 10 ( i  + 3 → i vodíková vazba) a α-šroubovici ( i  + 4 → i vodíková vazba).

Většina π-helixů je dlouhá pouze 7 zbytků a nemá pravidelně se opakující ( φ ,  ψ ) dihedrální úhly v celé struktuře jako α-helixy nebo β-listy. Lze však provést určitá zobecnění. Když jsou odstraněny první a poslední pár aminokyselinových zbytků, dihedrální úhly existují tak, že ψ dihedrální úhel jednoho zbytku a φ dihedrální úhel dalšího zbytku jsou přibližně -125°. Součet prvního a posledního páru zbytků je -95°, respektive -105°. Pro srovnání, součet dihedrálních úhlů pro šroubovici 3 10 je asi -75°, zatímco pro šroubovici α je to asi -105°. Prolin je často pozorován bezprostředně po ukončení π-helixů. Obecný vzorec pro úhel rotace Ω na zbytek libovolné polypeptidové šroubovice s trans izomery je dán rovnicí

Levotočivá struktura

Levotočivá verze π-šroubovice je možná změnou znaménka ( φ ,  ψ ) úhlů dihedrů na (55°, 70°). Tato pseudo-"zrcadlová" šroubovice má přibližně stejný počet zbytků na otáčku (4,1) a stoupání šroubovice (1,5 Á). Toto není skutečný zrcadlový obraz, protože aminokyselinové zbytky mají stále levotočivou chiralitu . Dlouhá levotočivá π-šroubovice se u proteinů pravděpodobně nevyskytuje, protože mezi přirozeně se vyskytujícími aminokyselinami má pouze glycin pravděpodobně pozitivní dihedrální φ úhly , jako je 55°.

π-šroubovice v přírodě


Běžně používané programy pro automatizované stanovení sekundární struktury, jako je DSSP , předpokládají, že <1 % proteinů obsahuje π-šroubovici. Tato chybná charakteristika vyplývá ze skutečnosti, že přirozeně se vyskytující π-helixy mají obvykle krátkou délku (7 až 10 zbytků) a jsou téměř vždy spojeny s (tj. ohraničenými) a-helixy na obou koncích. Tak jsou téměř všechny π-helixy skryté v tom smyslu, že π-helikální zbytky jsou nesprávně přiřazeny buď α-šroubovici nebo „otočkám“. Nedávno vyvinuté programy napsané tak, aby správně anotovaly π-šroubovice v proteinových strukturách, zjistily, že jeden ze šesti proteinů (asi 15 %) ve skutečnosti obsahuje alespoň jeden segment π-šroubovice [3] .

Přirozené π-šroubovice lze ve struktuře snadno identifikovat jako „vybouleninu“ v rámci delší α-šroubovice. Takové šroubovicové výdutě byly dříve nazývány α aneuryzmata, α výdutě, π výdutě, široké otáčky, smyčkové výstupy a π zákruty, ale ve skutečnosti jsou to π šroubovice definované jejich opakovanými i + 5 → i vodíkovými vazbami [3] . Důkazy naznačují, že tyto vybouleniny nebo π-šroubovice jsou vytvořeny vložením jedné aminokyseliny navíc do již existující a-šroubovice. α-helixy a π-helixy tedy mohou být vzájemně transformovány inzercí a delecí jedné aminokyseliny [4] . Vzhledem k relativně vysoké frekvenci výskytu π-helixů a jejich zaznamenané asociaci s funkčními místy (tj. aktivními místy ) proteinů byla tato schopnost vzájemné konverze mezi α-helixy a π-helixy důležitým mechanismem pro změnu a diverzifikaci funkčnost proteinů v průběhu evoluce.

Jednou z nejpozoruhodnějších skupin proteinů, jejichž funkční diverzifikace se zdá být silně ovlivněna takovým evolučním mechanismem, je superrodina podobná feritinu , která zahrnuje feritiny , bakterioferritiny , rubrerythriny , ribonukleotidreduktázy I. třídy a rozpustné methanmonooxygenázy . Rozpustná methanmonooxygenáza drží současný rekord v největším počtu π-helixů v jediném enzymu (13). ( kód PDB 1MTY). Nicméně bakteriální homolog Na + /Cl - dependentního neurotransmiterového transportéru (PDB kód 2A65) drží rekord v počtu π-helixů v jednom peptidovém řetězci (8 kusů) [3] .

Viz také

Poznámky

 

  1. ↑ „Struktura proteinů: Dvě spirálovité konfigurace polypeptidového řetězce s vodíkovou vazbou“. Proč. Natl. Akad. 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 . Získáno 2. října 2019. Archivováno z originálu dne 25. února 2020.
  3. ↑ 1 2 3 4 5 Richard B. Cooley, Daniel J. Arp, P. Andrew Karplus. Evoluční původ sekundární struktury: π-helixy jako kryptické, ale široce rozšířené inzertní variace α-helixů, které zlepšují funkčnost proteinů  //  Journal of Molecular Biology. — 2010-11. — Sv. 404 , iss. 2 . — S. 232–246 . - doi : 10.1016/j.jmb.2010.09.034 . Archivováno 26. května 2021.
  4. ↑ 1 2 L. J. Keefe, J. Sondek, D. Shortle, E. E. Lattman. Alfa aneurismus: strukturální motiv odhalený v inzerční mutantě stafylokokové nukleázy.  (anglicky)  // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 15. 4. 1993. — Sv. 90 , iss. 8 . — S. 3275–3279 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.90.8.3275 .
  5. ↑ Weaver TM (2000). "Pí-helix převádí strukturu na funkci." proteinová věda . 9 (1): 201-206. DOI : 10.1110/ps.9.1.201 . PMID  10739264 .
  6. ↑ „Výskyt, konformační rysy a sklony k aminokyselinám pro pí-helix“. ProteinEng . 15 (5): 353-358. 2002. DOI : 10.1093/protein/15.5.353 . PMID  12034854 .
 Sekundární struktura proteinu
Spirály
Rozšíření
Super sekundární struktura