Alfa heeliksi struktuur ja funktsionaalne tähtsus



The alfa-heeliks on lihtsaim sekundaarne struktuur, mida valk võib omada kosmosesse vastavalt aminohappejääkide sidemete jäikusele ja pöörlemisvabadusele.

Seda iseloomustab spiraalne kuju, milles aminohapped on paigutatud, mis näib olevat paigutatud ümber kujuteldava pikitelje R-rühmadega, väljapoole seda.

Algselt kirjeldasid Pauling ja kolleegid alfa-heeliksid 1951. aastal, kes kasutasid olemasolevaid andmeid peptiidide ja aminohapete interatomiliste vahemaade, linkide ja muude struktuuriliste parameetrite kohta, et prognoosida kõige tõenäolisemaid ahelate eeldatavaid konfiguratsioone. polüpeptiidid.

Alfa-heeliksi kirjeldus tekkis kõigi võimalike struktuuride otsimisel peptiidahelas, mis stabiliseeriti vesiniksidemetega, kus jäägid olid stöhhiomeetriliselt samaväärsed ja iga konfiguratsioon oli tasapinnaline, nagu on näidatud andmete põhjal. kuupäeva jaoks kättesaadavate peptiidsidemete resonants.

See sekundaarne struktuur on valkude seas kõige levinum ja seda kasutavad nii lahustuvad valgud kui ka integreeritud membraanvalgud. Arvatakse, et üle 60% valkudest eksisteerivad alfa-heeliksi või beeta-lehe kujul.

Indeks

  • 1 Struktuur
  • 2 Funktsionaalne tähtsus
    • 2.1 Miosiin
    • 2.2 Kollageen
    • 2.3 Keratiin
    • 2.4 Hemoglobiin
    • 2.5 "Tsink sõrmed" tüüpi valgud
  • 3 Viited

Struktuur

Üldiselt on alfa-heeliksi igas pöördes keskmiselt 3,6 aminohappejääki, mis on ligikaudu võrdne 5,4 Å pikkusega. Kuid nurgad ja pööramise pikkused varieeruvad valkudest rangelt sõltuvalt primaarse struktuuri aminohappejärjestusest.

Enamikul alfa-heliksidel on parempoolne käik, kuid praegu on teada, et alfa-heeliksitega valgud võivad esineda vasakpoolsete pööretega. Ühe või teise esinemise tingimus on see, et kõik aminohapped on samas konfiguratsioonis (L või D), kuna nad vastutavad pöörde suuna eest..

Valgumaailma nende oluliste struktuuriliste põhjuste stabiliseerumist annab vesiniksidemed. Need sidemed esinevad peptiidsideme elektronegatiivse lämmastiku külge kinnitatud vesinikuaatomi ja aminohappe elektronegatiivse karboksüülhappe nelja positsiooni vahel hiljem N-terminaalses piirkonnas enda suhtes.

Helixi iga pöörd on omakorda seotud järgmise vesiniksidemetega, mis on olulised molekuli üldise stabiilsuse saavutamiseks..

Mitte kõik peptiidid ei saa moodustada stabiilseid alfa-heliise. Seda annab iga ahela aminohappe sisemine võime moodustada heliksid, mis on otseselt seotud selle asendusrühmade R keemilise ja füüsikalise olemusega..

Näiteks võivad teatud polaarsed jäägid teatud pH juures omandada sama laengu, nii et neid ei saa järjestada helixis, kuna nende vahelise tõrjutusega kaasneks see suur moonutus..

Aminohapete suurus, kuju ja asend on samuti spiraalse stabiilsuse olulised tegurid. Jätkamata, võivad sellised jäägid nagu Asn, Ser, Thr ja Cys, mis paiknevad järjestuse vahetus läheduses, samuti negatiivselt mõjutada alfa-heeliksi konfiguratsiooni..

Samamoodi sõltuvad antud peptiidi alfa-spiraalsete segmentide hüdrofoobsus ja hüdrofiilsus ainult aminohapete R-rühmade identsusest..

Integreeritud membraanvalkudes on rohkelt alfa-heliide, millel on tugeva hüdrofoobse iseloomuga jäägid, mis on tingimata vajalikud komponentide fosfolipiidide apolaarse saba vaheliste segmentide sisestamiseks ja konfiguratsiooniks..

Lahustuvatel valkudel on vastupidi polaarsete jääkidega rikas alfa-heeliksid, mis võimaldavad paremat interaktsiooni tsütoplasmas või interstitsiaalsetes ruumides esineva vesikeskkonnaga..

Funktsionaalne tähtsus

Alfa-heeliksi motiividel on lai valik bioloogilisi funktsioone. Spetsiifilised interaktsioonid helikside vahel mängivad olulist rolli mõlema membraanvalgu ja lahustuvate valkude funktsioneerimises, koostamises ja oligomerisatsioonis..

Need domeenid esinevad paljudes transkriptsioonifaktorites, mis on olulised geeniekspressiooni reguleerimise seisukohast. Nad esinevad ka struktuurse tähtsusega valkudes ja membraanvalkudes, millel on mitmesuguste signaalide transportimise ja / või edastamise funktsioonid.

Siin on mõned klassikalised näited alfa-heeliksitega valkudest:

Myosin

Müosiin on aktini poolt aktiveeritud ATPaas, mis vastutab lihaste kokkutõmbumise ja rakkude liikuvuse erinevate vormide eest. Nii lihas- kui ka mitte-lihaste müosiinid koosnevad kahest piirkonnast või globulaarsetest "peadest", mis on omavahel seotud pikema spiraalse alfa "sabaga".

Kollageen

Üks kolmandik inimkeha valgu kogusisaldusest on esindatud kollageeniga. See on ekstratsellulaarses ruumis kõige rikkalikum valk ja tal on eristav omadus kolmest paralleelsest spiraalsest spiraalsest vasakpoolse konfiguratsiooniga ahelast, mis ühendavad kokku kolmekordse spiraaliga päripäeva..

Keratiin

Keratiinid on hõõgniitide moodustavate valkude rühm, mida toodavad mõned selgroogsed epiteelirakud. Nad on küünte, juuste, küüniste, kilpkonnade, sarvede ja sulgede põhikomponent. Osa selle fibrillaarse struktuuri moodustavad alfa-heeliksi segmendid.

Hemoglobiin

Hapnikku veres transporditakse hemoglobiiniga. Selle tetrameerse valgu globiiniosa koosneb kahest identsest 141 jäägist koosnevast alfa-heeliksist ja kahest beeta-ahelast, milles on 146 jääki..

"Tsingi sõrme" tüüpi valgud

Eukarüootsetel organismidel on palju tsink-sõrme proteiine, mis töötavad erinevatel eesmärkidel: DNA äratundmine, RNA pakendamine, transkriptsiooniline aktiveerimine, apoptoosi reguleerimine, valgu voltimine jne. Paljudel tsingisõrme valkudel on nende struktuuri peamine komponent alfa-heeliks, mis on nende funktsiooni jaoks hädavajalik.

Viited

  1. Aurora, R., Srinivasan, R., & Rose, G. D. (1994). Glycine'i a-alfa-Helixi lõpetamise reeglid. Teadus, 264(5162), 1126-1130.
  2. Blaber, M., Zhang, X. & Matthews, B. (1993). Aminohappe alfa-heeliksi kalduvuse struktuuriline alus. Teadus, 260(1), 1637-1640.
  3. Brennan, R. G., & Matthews, B. W. (1989). Helix-turn-helix DNA siduv motiiv. Journal of Biological Chemistry, 264(4), 1903-1906.
  4. Eisenberg, D. (2003). Alfa-heeliksi ja beeta-lehe valkude struktuuriliste tunnuste avastamine. Pnas, 100(20), 11207-11210. Huggins, M. L. (1957). Alfa-keratiini struktuur. Keemia, 43, 204-209.
  5. Klement, W., Willens, R., & Duwez, P. (1960). Müoglobiini struktuur. Loodus, 185, 422-427.
  6. Laity, J. H., Lee, B.M., & Wright, P. E. (2001). Tsingisõrme valgud: uued arusaamad struktuurilisest ja funktsionaalsest mitmekesisusest. Praegune arvamus struktuuribioloogias, 11(1), 39-46.
  7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Molekulaarrakkude bioloogia (5. väljaanne). Freeman, W. H. & Company.
  8. Luckey, M. (2008). Membraanistruktuuri bioloogia: biokeemiliste ja biofüüsiliste aluste abil. Cambridge'i ülikooli press. Välja otsitud aadressilt www.cambridge.org/9780521856553
  9. McKay, M. J., Afrose, F., Koeppe, R. E., & Greathouse, D.V. (2018). Heliiksi moodustumine ja stabiilsus membraanides. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembraanid, 1860(10), 2108-2117.
  10. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehningeri biokeemia põhimõtted. Omega väljaanded (5. väljaanne).
  11. Pauling, L., Corey, R. B. ja Branson, H. R. (1951). Valkude struktuur: polüpeptiidahela kaks vesinikuga seotud spiraalset konfiguratsiooni. Ameerika Ühendriikide Riikliku Teaduste Akadeemia toimingud, 37, 205-211.
  12. Perutz, M. F. (1978). Hemoglobiini struktuur ja hingamisteede transport. Scientific American, 239(6), 92-125.
  13. Scholtz, J. M., & Baldwin, R. L. (1992). Peptiidide alfa-heeliksi moodustumise mehhanism. Iga-aastane ülevaade biofüüsikast ja biomolekulaarsest struktuurist, 21(1), 95-118.
  14. Õlad, M. D., & Raines, R. T. (2009). Kollageeni struktuur ja stabiilsus. Iga-aastane ülevaade biokeemiast, 78(1), 929-958.
  15. Subramaniams, A., Jones, W. K., Gulick, J., & Neumannli, J. (1991). Alfa-müosiini raske ahela promootori koespetsiifiline regulatsioon transgeensetes hiirtes. Bioloogilise keemia ajakiri, 266(36), 24613-24620.
  16. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, M.A. (2016). Keratiin: struktuur, mehaanilised omadused, esinemine bioloogilistes organismides ja bioinspiratsiooni jõupingutused. Materjaliteaduse areng. Elsevier Ltd..
  17. Warrick, H. M., & Spudich, J. a. (1987). Müosiini struktuur ja funktsioon rakkude liikumises. Cell Biology iga-aastane ülevaade, 3, 379-421.
  18. Zhang, S. Q., Kulp, D. W., Schramm, C. A., Mravic, M., Samish, I., & Degrado, W. F. (2015). Membraani ja lahustuva valgu helix-heeliks interaktiivne: sarnane geomeetria erinevate interaktsioonide kaudu. Struktuur, 23(3), 527-541