310-spiral

Helix 3 10  (helix 3.10)  är en typ av sekundär struktur som finns i proteiner och polypeptider. Av de många sekundära proteinstrukturerna som finns är 310 -helixen den fjärde vanligaste typen efter α-helixar , β-sheets och β-turns . 3 10 -helixar utgör nästan 15-20 % av alla helixar i proteiners sekundära strukturer och observeras vanligtvis som förlängningar av α-helixar, som finns antingen vid deras N- eller C-terminaler. 310-helixar i proteiner är vanligtvis bara tre till fem rester långa, jämfört med ett genomsnitt på 10-12 rester för a-helixar . På grund av tendensen hos α-spiraler att sekventiellt vikas och vecklas ut, har det föreslagits att 3 10 helixen fungerar som en slags mellankonformation i veckningen/uppveckningen av α-helixen [1] .

Upptäckt

Max Perutz , chef för Laboratory of Molecular Biology vid University of Cambridge Medical Research Council , skrev det första dokumentet som dokumenterade 3 10 helixen [2] . Tillsammans med Lawrence Bragg och John Kendrew publicerade Perutz en studie av polypeptidkedjekonfigurationer 1950 baserad på icke-kristallina diffraktionsdata såväl som små molekylära kristallstrukturer såsom kristaller som finns i hår [3] . Deras förslag inkluderade vad som nu är känt som 3 10 helixen , men inkluderade inte de två vanligare strukturella motiven som upptäcktes något senare. Året därpå förutspådde Linus Pauling båda dessa motiv, alfahelixen [4] och betaarket [5] , i en tidning som nu i betydelse [2] jämförs med Francis Crick och James D. Watsons publikation om DNA dubbelhelix [6] . Pauling var mycket kritisk till de spiralformade strukturerna som föreslagits av Bragg, Kendrew och Perutz och påstod att de alla var osannolika [2] [4] .

Pauling och Coreys artikel slog mig som en blixt. Till skillnad från Kendrews och mina var deras fria från skevhet; alla amidgrupper var plana, och varje karbonylgrupp bildade en perfekt vätebindning med var fjärde aminosyrarest längre ner i kedjan. Byggnaden såg helt rätt ut. Hur kunde jag missa det?
— Max Perutz , 1998 [2] .

Senare samma dag fick Perutz idén att göra ett experiment för att bekräfta Paulings modell, och han rusade till labbet för att utföra det. Inom några timmar hade han bevis som stödde alfahelixen, som han först visade Bragg på måndagen [2] . Perutz bekräftelse av alfahelixstrukturen publicerades i Nature strax efter [7] . Principerna som tillämpades i 1950-dokumentet på teoretiska polypeptidstrukturer relaterade till 3 10 helixen inkluderade: [3]

Strukturen av 3 10 helixen bekräftades så småningom av Kendrew i hans myoglobinstruktur från 1958 [8] , och återupptäcktes också 1960 när Perutz bestämde strukturen för hemoglobin [9] [10] [11] och förfinades i efterföljande arbete med hans deoxygenerade [12] [13] och syresatta former [14] [14] .

Det är nu känt att spiralen är den 3 10 fjärde vanligaste typen efter α-helixar , β-sheets och β-varv [1] . Dessa är nästan alltid korta sträckor, av vilka nästan 96% innehåller fyra eller färre aminosyrarester [15] :44 , som uppträder på platser som "hörn" där α-helixar ändrar riktning, till exempel i strukturen av myoglobin [8] . Längre regioner, från sju till elva rester, har observerats i spänningssensorsegmentet av spänningsstyrda kaliumkanaler i transmembrandomänen hos vissa spiralformade proteiner [16] .

Struktur

Aminosyrorna i 3-10 helixen är ordnade i en högerhänt spiralstruktur . Varje aminosyra motsvarar en 120° vridning av helixen (det vill säga, helixen har tre rester per varv), en förskjutning på 2,0  Å längs spiralens axel, och har 10 atomer i ringen som bildas av en vätebindning [ 15] :44-45 . Det viktigaste är att NH-gruppen i aminosyran bildar en vätebindning med C=O -gruppen i aminosyran tre rester tidigare; denna upprepade i + 3 →  i vätebindning definierar en 3 10 helix. Liknande konstruktionsstrukturer finns i α-helix ( i  + 4 →  i vätebindning) och Pi-helix ( i  + 5 →  i vätebindning) [15] :44–45 [1] .

Aminosyrarester i långa 3 10 helixar antar ( φ ,  ψ ) dihedriska vinklar runt (−49°, −26°). Många 3 10 helixar i proteiner är korta och avviker därför från dessa värden. Mer generellt bildar resterna i långa 3 10 helixar dihedriska vinklar, så att den dihedrala vinkeln ψ för en rest och den dihedrala vinkeln φ för nästa rest summerar till cirka -75°. Som jämförelse är summan av de dihedriska vinklarna för α-helixen ungefär −105°, och för π-helixen, ungefär −125° [15] :44–45 .

Den allmänna formeln för rotationsvinkeln Ω per rest av en polypeptidhelix med transisomerer ges av ekvationen: [15] :40

och eftersom för en ideal 3 10 helix Ω  = 120°, följer det att φ och ψ måste relateras till:

i enlighet med det observerade värdet på φ  +  ψ runt −75° [15] :44 .

Betydelsen av de dihedriska vinklarna i 3 10 -helixen i förhållande till vinklarna för α-helixen kan förklaras av den korta längden av denna helix - från 3 till 5 rester i längd jämfört med 10-12 rester i α-helixen . 3 10 -helixar uppträder ofta i molekylernas övergångsregioner, vilket bestämmer deras ringa storlek och leder till avvikelser i fördelningen av vridningsvinklarna i deras huvudkedja och följaktligen till oregelbundenheter. Deras vätebindningsnätverk är förvrängda jämfört med α-helixar, vilket bidrar till deras instabilitet, även om den frekventa förekomsten av 3-10 helixen i naturliga proteiner visar deras betydelse i övergångsstrukturer [1] [1] .

Stabilitet

Genom forskning av Mary Karpen, Peter De Hasset och Kenneth Neath [17] har stabilitetsfaktorer i 3 10 helixar identifierats. Helixarna stabiliseras mest framträdande av aspartatresten vid den icke-polära N - terminalen, som interagerar med amidgruppen vid den spiralformade N - terminalen. Denna elektrostatiska interaktion stabiliserar peptiddipolerna i en parallell orientering. Liksom de kontinuerliga spiralformade vätebindningarna som stabiliserar α-helixarna, är höga nivåer av aspartat lika viktiga för upprätthållandet av 310 -helixarna . Den höga frekvensen av aspartat i både 310-helixen och α-helixen indikerar dess inverkan på initieringen och fortplantningen av helixen, men antyder samtidigt att det bidrar till stabiliseringen av 310 -helixen genom att hämma utbredningen av α -spiraler [17] .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Roger Armen, Darwin OV Alonso, Valerie Daggett. Rollen för α-, 3 10 - och π-helix i spiral→spiralövergångar  //  Protein Science. — 2003-06. — Vol. 12 , iss. 6 . — S. 1145–1157 . - doi : 10.1110/ps.0240103 .
  2. ↑ 1 2 3 4 5 David Eisenberg. Upptäckten av α-helixen och β-arket, de huvudsakliga strukturella egenskaperna hos proteiner  // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 2003-09-09. - T. 100 , nej. 20 . — S. 11207–11210 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.2034522100 .
  3. ↑ 1 2 Polypeptidkedjekonfigurationer i kristallina proteiner  (engelska)  // Proceedings of the Royal Society of London. Serie A. Matematiska och fysikaliska vetenskaper. — 1950-10-10. — Vol. 203 , utg. 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. Strukturen av proteiner: Två vätebundna spiralkonfigurationer av polypeptidkedjan  (engelska)  // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 1951-04. — Vol. 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. Det veckade arket, en ny lagerkonfiguration av polypeptidkedjor  //  Proceedings of the National Academy of Sciences. - 1951-05. — Vol. 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). "Nukleinsyrors molekylstruktur: en struktur för deoxiribosnukleinsyra." naturen . 171 (4356): 737-738. Bibcode : 1953Natur.171..737W . DOI : 10.1038/171737a0 . PMID  13054692 .
  7. ↑ MF Perutz. Nya röntgenbevis om konfigurationen av polypeptidkedjor: Polypeptidkedjor i poly-γ-bensyl-L-glutamat, keratin och hæmoglobin  //  Nature. - 1951-06. — Vol. 167 , iss. 4261 . - P. 1053-1054 . — ISSN 1476-4687 0028-0836, 1476-4687 . - doi : 10.1038/1671053a0 . Arkiverad från originalet den 13 augusti 2021.
  8. ↑ 1 2 J. C. Kendrew, G. Bodo, H. M. Dintzis, R. G. Parrish, H. Wyckoff. En tredimensionell modell av myoglobinmolekylen erhållen genom röntgenanalys   // Nature . — 1958-03-08. — Vol. 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. Structure of Hæmoglobin: A Three-Dimensional Fourier Synthesis at 5,5-Å. Upplösning, erhållen genom röntgenanalys   // Nature . - 1960-02. — Vol. 185 , iss. 4711 . — S. 416–422 . — ISSN 1476-4687 0028-0836, 1476-4687 . - doi : 10.1038/185416a0 .
  10. ↑ MF Perutz. Hemoglobinmolekylen  // Scientific American. — 1964-11. - T. 211 , nej. 5 . — S. 64–76 . — ISSN 0036-8733 . - doi : 10.1038/scientificamerican1164-64 .
  11. ↑ Vetenskap är inte ett lugnt liv: att reda ut hemoglobinets atommekanism . - London [England]: Imperial College Press, 1997. - xxi, 636 sidor sid. - 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. Hemoglobinets struktur och funktion  (engelska)  // Journal of Molecular Biology. — 1967-08. — Vol. 28 , iss. 1 . — S. 117–150 . - doi : 10.1016/S0022-2836(67)80082-2 .
  13. ↑ W. Bolton, Joyce M. Cox, M. F. Perutz. Hemoglobinets struktur och funktion  (engelska)  // Journal of Molecular Biology. — 1968-04. — Vol. 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. Tredimensionell Fouriersyntes av hästoxihemoglobin vid 2,8 Å-upplösning: Atommodellen   // Naturen . - 1968-07. — Vol. 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. Introduktion till peptider och proteiner. . - Hoboken: Taylor och Francis, 2009. - 1 onlineresurs (440 sidor) sid. - ISBN 978-1-4398-8204-7 , 1-4398-8204-5.
  16. ↑ Ricardo Simão Vieira-Pires, João Henrique Morais-Cabral. 310 spiraler i kanaler och andra membranproteiner  (engelska)  // Journal of General Physiology. — 2010-12-01. — Vol. 136 , utg. 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. Skillnader i aminosyrafördelningarna för 3 10 -helixar och α -helixar  (engelska)  // Protein Science. — 1992-10. — Vol. 1 , iss. 10 . - P. 1333-1342 . - doi : 10.1002/pro.5560011013 .


 Sekundär struktur av ett protein
Spiraler
Tillägg
Supersekundär struktur