HELIX ALPHA: STRUCTURĂ ȘI IMPORTANȚĂ FUNCȚIONALĂ - BIOLOGIE - 2024

Helix alfa este cea mai simplă structură secundară care o proteină poate adopta în spațiu în funcție de rigiditatea și libertatea de rotație a legăturilor dintre reziduurile de aminoacizi.

Se caracterizează prin forma spirală în care sunt aranjați aminoacizii, care par a fi aranjați în jurul unei axe longitudinale imaginare, cu grupele R orientate în exteriorul acesteia.

Diagrama structurii helix alfa (Alejandro Porto, prin Wikimedia Commons)

Elicele Alpha au fost descrise pentru prima dată în 1951 de Pauling și colab., Care au utilizat datele disponibile despre distanțele interatomice, unghiurile de legătură și alți parametri structurali ai peptidelor și aminoacizilor pentru a prezice cele mai probabile configurații pe care le-ar putea presupune lanțurile. polipeptide.

Descrierea helixului alfa a apărut din căutarea tuturor structurilor posibile dintr-un lanț peptidic care au fost stabilizate prin legături de hidrogen, unde reziduurile au fost stochiometric echivalente și configurația fiecăreia a fost plană, după cum indică datele din rezonanța legăturilor peptidice disponibile până în prezent.

Această structură secundară este cea mai frecventă în rândul proteinelor și este adoptată atât de proteine ​​solubile, cât și de proteine ​​de membrană integrală. Se crede că mai mult de 60% din proteine ​​există sub formă de alfa helix sau foaie beta.

Structura

În general, fiecare rotație a unei helix alfa are o medie de 3,6 reziduuri de aminoacizi, care are aproximativ 5,4 Å lungime. Cu toate acestea, unghiurile și lungimile de virație variază de la proteine ​​la proteine, cu dependență strictă de secvența de aminoacizi a structurii primare.

Majoritatea elicelor alfa au un viraj la dreapta, dar acum se știe că proteine ​​cu elicele alfa cu viraje la stânga pot exista. Condiția pentru ca unul sau altul să apară este ca toți aminoacizii să fie în aceeași configurație (L sau D), deoarece sunt responsabili pentru direcția spinului.

Stabilizarea acestor motive structurale importante pentru lumea proteinelor este dată de legăturile de hidrogen. Aceste legături apar între atomul de hidrogen atașat la azotul electronegativ al unei legături peptidice și atomul de oxigen carboxilic electronigativ al aminoacidului patru poziții mai departe, în regiunea N-terminală în raport cu el însuși.

Fiecare viraj al elicei, la rândul său, este unită la urmă de legături de hidrogen, care sunt esențiale pentru a obține stabilitatea generală a moleculei.

Nu toate peptidele pot forma elicele alfa stabile. Acest lucru este dat de capacitatea intrinsecă a fiecărui aminoacid din lanț de a forma elice, care este direct legată de natura chimică și fizică a grupărilor R substituente.

De exemplu, la un anumit pH, multe reziduuri polare pot dobândi aceeași încărcare, deci nu pot fi plasate consecutiv într-o helix, deoarece repulsia dintre ele ar presupune o mare distorsiune în ea.

Mărimea, forma și poziția aminoacizilor sunt, de asemenea, determinanți importanți ai stabilității elicoidale. Fără a merge mai departe, reziduuri precum Asn, Ser, Thr și Cys poziționate îndeaproape în secvență ar putea avea, de asemenea, un efect negativ asupra configurației helixului alfa.

În același mod, hidrofobicitatea și hidrofilicitatea segmentelor alfa elicoidale dintr-o peptidă dată depind exclusiv de identitatea grupărilor R ale aminoacizilor.

În proteinele cu membrană integrală, alicele abundă cu reziduuri cu caracter puternic hidrofob, strict necesare pentru introducerea și configurarea segmentelor între cozile apolare ale fosfolipidelor constituente.

Proteinele solubile, pe de altă parte, au elicele alfa bogate în reziduuri polare, ceea ce face posibilă o interacțiune mai bună cu mediul apos prezent în citoplasmă sau în spațiile interstițiale.

Importanță funcțională

Motivele cu helix alfa au o gamă largă de funcții biologice. Tiparele specifice de interacțiune dintre elicele joacă un rol critic în funcția, asamblarea și oligomerizarea atât a proteinelor membranare, cât și a proteinelor solubile.

Aceste domenii sunt prezente în mai mulți factori de transcripție, importanți din punct de vedere al reglării expresiei genice. De asemenea, sunt prezente în proteine ​​cu relevanță structurală și în proteine ​​cu membrană care au funcții de transport și / sau de transmitere a semnalului de diferite tipuri.

Iată câteva exemple clasice de proteine ​​cu elicele alfa:

miozina

Miozina este o ATPază activată cu actină care este responsabilă pentru contracția musculară și o varietate de forme de mobilitate celulară. Atât miozinele musculare, cât și cele non-musculare constau din două regiuni globulare sau „capete” legate între ele printr-o „coadă” alfa elicoidală.

colagenul

O treime din conținutul total de proteine ​​din corpul uman este reprezentat de colagen. Este cea mai abundentă proteină din spațiul extracelular, iar caracteristica sa distinctivă este un motiv structural compus din trei șuvițe paralele cu o configurație elicoidală stângă, care se alătură pentru a forma un triplu helix de sens dextrorotator.

cheratină

Keratinele sunt un grup de proteine ​​formatoare de filamente care sunt produse de unele celule epiteliale din vertebrate. Ele sunt componenta principală a unghiilor, părului, ghearelor, coaja țestoaselor, coarnelor și penelor. O parte din structura sa fibrilară este alcătuită din segmente de helix alfa.

Structurarea keratinei (Mlpatton, de la Wikimedia Commons)

Hemoglobină

Oxigenul în sânge este purtat de hemoglobină. Porțiunea de globină a acestei proteine ​​tetramerice constă din două elicele alfa identice cu 141 de reziduuri fiecare și două lanțuri beta de 146 reziduuri fiecare.

Proteine ​​de tip „deget de zinc”

Organismele eucariote posedă o mare bogăție de proteine ​​de deget din zinc, care funcționează în diferite scopuri: recunoașterea ADN-ului, ambalarea ARN, activarea transcripțională, reglarea apoptozei, plierea proteinelor etc. Multe proteine ​​din degetele de zinc au componența principală a structurii lor și elicele alfa sunt esențiale pentru funcționarea lor.

Referințe

1. Aurora, R., Srinivasan, R., & Rose, GD (1994). Reguli pentru terminarea a-alfa-Helix de Glycine. Știință, 264 (5162), 1126-1130.
2. Blaber, M., Zhang, X., & Matthews, B. (1993). Baza structurală a înclinației aminoacizii cu alfa-acid. Știință, 260 (1), 1637-1640.
3. Brennan, RG, & Matthews, BW (1989). Motivul de legare a ADN-ului helix-turn-helix. Journal of Biological Chemistry, 264 (4), 1903-1906.
4. Eisenberg, D. (2003). Descoperirea caracteristicilor structurale ale proteinelor alfa-helix și beta-sheet, principalul. Pnas, 100 (20), 11207-11210. Huggins, ML (1957). Structura alfa keratinei. Chimie, 43, 204-209.
5. Klement, W., Willens, R., & Duwez, P. (1960). Structura mioglobinei. Nature, 185, 422-427.
6. Laici, JH, Lee, BM, & Wright, PE (2001). Proteine ​​de deget de zinc: noi perspective asupra diversității structurale și funcționale. Opinia actuală în biologia structurală, 11 (1), 39–46.
7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Biologie moleculară celulară (ediția a 5-a). Freeman, WH & Company.
8. Luckey, M. (2008). Biologia structurală a membranei: cu fundații biochimice și biofizice. Presa universitară din Cambridge. Preluat de pe www.cambridge.org/9780521856553
9. McKay, MJ, Afrose, F., Koeppe, RE, & Greathouse, DV (2018). Formarea helixului și stabilitatea membranelor. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembrane, 1860 (10), 2108-2117.
10. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Principiile biochimiei Lehninger. Ediții Omega (ediția a 5-a).
11. Pauling, L., Corey, RB, & Branson, HR (1951). Structura proteinelor: două configurații elicoidale legate de hidrogen ale lanțului polipeptidic. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 37, 205–211.
12. Perutz, MF (1978). Structura hemoglobinei și transportul respirator. Scientific American, 239 (6), 92–125.
13. Scholtz, JM, & Baldwin, RL (1992). Mecanismul de formare alfa-Helix de peptide. Revizuirea anuală a biofizicii și a structurii biomoleculare, 21 (1), 95–118.
14. Shoulders, MD, & Raines, RT (2009). Structura și stabilitatea colagenului. Revizuirea anuală a biochimiei, 78 (1), 929-958.
15. Subramaniams, A., Jones, WK, Gulick, J., și Neumannli, J. (1991). Reglarea specifică a țesuturilor a promotorului genei cu lanț greu alfa-Myosin la șoarecii transgenici. The Journal of Biological Chemistry, 266 (36), 24613–24620.
16. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, MA (2016). Keratina: Structura, proprietățile mecanice, apariția în organismele biologice și eforturile la bioinspirație. Progresul în știința materialelor. Elsevier Ltd.
17. Warrick, HM și Spudich, J. a. (1987). Structura și funcția miozinei în motilitatea celulară. Revizuirea anuală a biologiei celulare, 3, 379-421.
18. Zhang, SQ, Kulp, DW, Schramm, CA, Mravic, M., Samish, I., și Degrado, WF (2015). Interacțiunea membrană și solubilă-proteină helix-helix: geometrie similară prin diferite interacțiuni. Structura, 23 (3), 527–541