Polyprolin helix

En polyprolinhelix är en typ av  sekundär proteinstruktur som förekommer i aminosyrasekvenser som innehåller upprepade prolinrester [1] . Den vänsterhänta helixen av polyprolin II ( PPII , poly-Pro II ) bildas när alla på varandra följande aminosyrarester tar dihedrala vinklar (φ, ψ) i huvudkedjan på ungefär (-75°, 150°) och har transisomerer av deras peptidbindningar . Denna PPII-konformation är också karakteristisk för proteiner och polypeptider med andra aminosyror än prolin. På liknande sätt bildas den mer kompakta högerhänta helixen av polyprolin I ( PPI , poly-Pro I ) när alla på varandra följande rester tar dihedriska vinklar (φ, ψ) av ryggraden vid ungefär (-75°, 160°) och har cis isomerer av deras peptidbindningar . Av de tjugo vanliga naturligt förekommande aminosyrorna är det troligt att endast prolin accepterar cis- isomeren av peptidbindningen , särskilt X- Pro -peptidbindningen ; steriska och elektroniska faktorer gynnar till stor del trans -isomeren i de flesta andra peptidbindningar. Peptidbindningar som ersätter prolin med en annan N -substituerad aminosyra (som t.ex. sarkosin ) kan dock också ta på sig cis- isomeren.

Polyproline II helix

PPII-helixen definieras av de dihedrala vinklarna (φ, ψ) på ryggraden ungefär (-75°, 150°) och trans -isomererna av peptidbindningarna . Rotationsvinkeln Ω per rest av en polypeptidhelix med transisomerer bestäms av ekvationen

Att ersätta poly-Pro II dihedriska vinklar (φ, ψ) i denna ekvation ger nästan exakt Ω = −120°, dvs. PPII-spiralen är en vänsterhänt helix (eftersom Ω är negativ) med tre rester per varv (360) °/120° = 3) . Kedjeförskjutningen per rest är ungefär 3,1 Å . Denna struktur liknar något som det fibrösa proteinet kollagen , som huvudsakligen består av prolin, hydroxiprolin och glycin . PPII-helixar binder specifikt till SH3-domäner ; denna bindning är viktig för många protein-protein-interaktioner och till och med för interaktioner mellan domäner av samma protein.

PPII-helixen är relativt öppen och har inga interna vätebindningar , till skillnad från de vanligare spiralformade sekundära strukturerna, α-helixen och dess släktingar 3 10 - helix och π-helix , och β-helixen . Amidens kväve- och syreatomer är för långt ifrån varandra (ungefär 3,8 Å) och felaktigt orienterade för vätebindning. Dessutom är båda dessa atomer vätebindningsacceptorer i prolin; det finns ingen H-bindningsgivare på grund av den cykliska sidokedjan.

Ryggradens dihedriska vinklar som de för PPII (-75°, 150°) observeras ofta i proteiner, även för andra aminosyror än prolin [2] . Ramachandran -området är tätt befolkat i PPII-regionen, jämfört med beta-arkregionen nära (-135°, 135°). Till exempel observeras PPII-ryggradsdihedraler ofta i tur och ordning, oftast i den första resten av en typ II β-sväng . "Spegelbild" dihedriska vinklar av PPII-ryggraden (75°, -150°) är sällsynta, förutom polymerer av den akirala aminosyran glycin . Analogen av poly-Pro II helix i polyglycin kallas poly-Gly II helix . Vissa proteiner, som frostskyddsproteinet Hypogastrura harveyi , är sammansatta av buntar av glycinrika polyglycin II-helixar [3] . Detta enastående protein, vars tredimensionella struktur är känd [4] , har unika NMR-spektra och stabiliseras genom dimerisering och 28 Ca-H··O=C-vätebindningar [5] . PPII-helixen är inte karakteristisk för transmembranproteiner , och denna sekundära struktur korsar inte lipidmembran in vivo. 2018 konstruerade och observerade en grupp forskare från Tyskland den första PPII-transmembranspiralen som bildades av specialdesignade artificiella peptider [6] [7] .

Polyproline I helix

Poly-Pro I-helixen är mycket tätare än PPII-helixen på grund av cis - isomererna av dess peptidbindningar . Det är också mindre vanligt än PPII-konformationen eftersom cis - isomeren har en högre aktiveringsenergi än trans . Dess typiska dihedriska vinklar (-75°, 160°) är nära men inte identiska med PPII-helixens. PPI-helixen är dock en högerhänt helix och är hårdare lindad, med cirka 3,3 rester per varv (snarare än 3). Förskjutningen per rest i PPI-helixen är också mycket mindre, cirka 1,9 Å . Återigen finns det ingen intern vätebindning i poly-Pro I-helixen, både på grund av avsaknaden av en donatorvätebindningsatom och på grund av att amidkväve- och syreatomerna är för långt ifrån varandra (återigen med cirka 3,8 Å ) och felaktigt orienterade .

Strukturella egenskaper

Traditionellt har PPII ansetts vara relativt stel och har använts som en "molekylär linjal" inom strukturbiologin, till exempel för att kalibrera FRET-effektivitetsmätningar. Efterföljande experimentella och teoretiska studier ifrågasatte dock denna bild av polyprolinpeptiden som en "stel stav" [8] [9] . Ytterligare studier med terahertz-spektroskopi och beräkningar av densitetsfunktionella teorier har visat att polyprolin faktiskt är mycket mindre stel än vad man ursprungligen trodde [10] . Interomvandlingar av de spiralformade formerna av polyprolin PPII och PPI sker långsamt på grund av den höga aktiveringsenergin för cis-trans- isomeriseringen av X-Pro (E a ​​≈ 20 kcal/mol); emellertid kan denna interomvandling katalyseras av specifika isomeraser kända som prolylhydroxylasisomeraser eller PPIaser. Interomvandlingen mellan PPII- och PPI-helixarna involverar isomerisering av cis-trans- peptidbindningen genom hela peptidkedjan. Studier baserade på jonmobilitetsspektrometri har visat närvaron av en viss uppsättning mellanprodukter i denna process [11] .

Se även

• a-helix
• 3 10 spiral
• β-helix

Anteckningar

1. ↑ Adzhubei, Alexei A. (2013). "Polyproline-II Helix i proteiner: struktur och funktion". Journal of Molecular Biology . 425 (12): 2100-2132. DOI : 10.1016/j.jmb.2013.03.018 . ISSN  0022-2836 . PMID23507311  . _
2. ↑ Adzhubei, Alexei A. (1993). "Vänsterhänta polyprolin II-spiraler förekommer vanligtvis i klotformiga proteiner." Journal of Molecular Biology . 229 (2): 472-493. DOI : 10.1006/jmbi.1993.1047 . ISSN  0022-2836 . PMID  8429558 .
3. ↑ Davies, Peter L. (2005-10-21). Glycinrika frostskyddsproteiner från snöloppor. vetenskap _ _ ]. 310 (5747): 461. doi : 10.1126 /science.1115145 . ISSN  0036-8075 . PMID  16239469 .
4. ↑ Pentelute, Brad L. (2008-07-01). "Röntgenstruktur av frostskyddsprotein från snöloppor bestäms av racemisk kristallisation av syntetiska proteinenantiomerer." Journal of the American Chemical Society . 130 (30): 9695-9701. DOI : 10.1021/ja8013538 . ISSN  0002-7863 . PMID  18598029 .
5. ↑ Treviño, Miguel Ángel (2018-11-15). "Det singulära NMR-fingeravtrycket för en polyprolin II spiralbunt." Journal of the American Chemical Society ]. 140 (49): 16988-17000. doi : 10.1021/ jacs.8b05261 . PMID 30430829 . 
6. ↑ Kubyshkin, Vladimir (2018). "Transmembran Polyproline Helix". The Journal of Physical Chemistry Letters ]. 9 (9): 2170-2174. doi : 10.1021/ acs.jpclett.8b00829 . PMID29638132 . _ 
7. ↑ Kubyshkin, Vladimir (2019). "Dubbelskiktstjocklek bestämmer anpassningen av modellpolyprolinspiraler i lipidmembran." fysikalisk kemi kemisk fysik ]. 21 (40): 22396-22408. Bibcode : 2019PCCP...2122396K . DOI : 10.1039/c9cp02996f . PMID 31577299 . 
8. ↑ S. Doose, H. Neuweiler, H. Barsch och M. Sauer, Proc. Natl. Acad. sci. USA. 104, 17400 (2007)
9. ↑ M. Moradi, V. Babin, C. Roland, T.A. Darden och C. Sagui, Proc. Natl. Acad. sci. USA. 106, 20746 (2009)
10. ↑ M.T. Ruggiero, J. Sibik, J.A. Zeitler och T.M. Korter, Agnew. Chemi. Int. Ed. 55, 6877 (2016)
11. ↑ El-Baba, Tarick J. (2019). "Lösningsmedelsförmedling av peptidkonformationer: polyprolinstrukturer i vatten, metanol, etanol och 1-propanol som bestäms av jonmobilitetsspektrometri-masspektrometri." Journal of the American Society for Mass Spectrometry ]. 30 (1): 77-84. Bibcode : 2019JASMS..30...77E . DOI : 10.1007/s13361-018-2034-7 . PMID 30069641 .