Polyprolin helix

En polyprolin helix er en type  sekundær proteinstruktur , der forekommer i aminosyresekvenser , der indeholder gentagne prolinrester [1] . Den venstrehåndede helix af polyprolin II ( PPII , poly-Pro II ) dannes, når alle på hinanden følgende aminosyrerester tager dihedrale vinkler (φ, ψ) af hovedkæden på ca. (-75°, 150°) og har transisomerer af deres peptidbindinger . Denne PPII-konformation er også karakteristisk for proteiner og polypeptider med andre aminosyrer end prolin. På samme måde dannes den mere kompakte højrehåndede helix af polyprolin I ( PPI , poly-Pro I ) når alle på hinanden følgende rester tager dihedrale vinkler (φ, ψ) af rygraden ved ca. (-75°, 160°) og har cis . isomerer af deres peptidbindinger . Af de tyve almindelige naturligt forekommende aminosyrer er det kun prolin , der sandsynligvis accepterer cis - isomeren af ​​peptidbindingen , især X - Pro -peptidbindingen ; steriske og elektroniske faktorer favoriserer i høj grad trans -isomeren i de fleste andre peptidbindinger. Peptidbindinger, der erstatter prolin med en anden N - substitueret aminosyre (såsom sarcosin ), kan dog også tage på cis - isomeren.

Polyprolin II helix

PPII-helixen er defineret af de dihedrale vinkler (φ, ψ) af rygraden ca. (-75°, 150°) og trans - isomererne af peptidbindingerne . Rotationsvinklen Ω pr. rest af enhver polypeptidhelix med transisomerer bestemmes af ligningen

Substitution af poly-Pro II dihedriske vinkler (φ, ψ) i denne ligning giver næsten nøjagtigt Ω = −120°, dvs. PPII helixen er en venstrehåndet helix (fordi Ω er negativ) med tre rester pr. omdrejning (360) °/120° = 3) . Kædeskiftet pr. rest er ca. 3,1 Å . Denne struktur ligner noget af det fibrøse protein kollagen , som primært består af prolin, hydroxyprolin og glycin . PPII helixer binder specifikt til SH3 domæner ; denne binding er vigtig for mange protein-protein-interaktioner og endda for interaktioner mellem domæner af det samme protein.

PPII-helixen er relativt åben og har ingen indre hydrogenbindinger , i modsætning til de mere almindelige spiralformede sekundære strukturer, α-helixen og dens slægtninge 3 10 - helix og π-helix , og β-helixen . Nitrogen- og oxygenatomerne i amidet er for langt fra hinanden (ca. 3,8 Å) og forkert orienteret til hydrogenbinding. Desuden er begge disse atomer hydrogenbindingsacceptorer i prolin; der er ingen H-bindingsdonor på grund af den cykliske sidekæde.

Rygrads dihedrale vinkler som dem af PPII (-75°, 150°) observeres ofte i proteiner, selv for andre aminosyrer end prolin [2] . Ramachandran-plottet er tæt befolket i PPII-regionen sammenlignet med beta- arkregionen nær (-135°, 135°). For eksempel observeres PPII-rygradsdihedraler ofte på skift, mest almindeligt i den første rest af en type II β-vending . "Spejlbillede" dihedrale vinkler af PPII-rygraden (75°, -150°) er sjældne, bortset fra polymerer af den achirale aminosyre glycin . Analogen af ​​poly-Pro II helix i polyglycin kaldes poly-Gly II helix . Nogle proteiner, såsom frostvæskeproteinet Hypogastrura harveyi , er sammensat af bundter af glycinrige polyglycin II-spiraler [3] . Dette fremragende protein, hvis tredimensionelle struktur er kendt [4] , har unikke NMR-spektre og stabiliseres ved dimerisering og 28 Ca-H··O=C hydrogenbindinger [5] . PPII-helixen er ikke karakteristisk for transmembranproteiner , og denne sekundære struktur krydser ikke lipidmembraner in vivo. I 2018 konstruerede og observerede en gruppe forskere fra Tyskland den første PPII transmembrane helix dannet af specialdesignede kunstige peptider [6] [7] .

Polyprolin I helix

Poly-Pro I helixen er meget tættere end PPII helixen på grund af cis isomererne af dens peptidbindinger . Det er også mindre almindeligt end PPII-konformationen, fordi cis - isomeren har en højere aktiveringsenergi end trans . Dens typiske dihedriske vinkler (-75°, 160°) er tætte, men ikke identiske med PPII-helixens. PPI-helixen er dog en højrehåndet helix og er tættere viklet med omkring 3,3 rester pr. omgang (i stedet for 3). Forskydningen pr. rest i PPI-helixen er også meget mindre, omkring 1,9 Å . Igen er der ingen intern hydrogenbinding i poly-Pro I helixen, både på grund af manglen på et donorhydrogenbindingsatom og fordi amidnitrogen- og oxygenatomerne er for langt fra hinanden (igen med ca. 3,8 Å ) og forkert orienteret .

Strukturelle egenskaber

Traditionelt er PPII blevet betragtet som relativt stiv og er blevet brugt som en "molekylær lineal" i strukturel biologi, for eksempel til at kalibrere FRET effektivitetsmålinger. Imidlertid stillede efterfølgende eksperimentelle og teoretiske undersøgelser spørgsmålstegn ved dette billede af polyprolinpeptidet som en "stiv stang" [8] [9] . Yderligere undersøgelser ved hjælp af terahertz-spektroskopi og densitetsfunktionelle teoriberegninger har vist, at polyprolin faktisk er meget mindre stiv end oprindeligt antaget [10] . Interkonverteringer af de spiralformede former af polyprolin PPII og PPI forekommer langsomt på grund af den høje aktiveringsenergi af cis-trans- isomeriseringen af ​​X-Pro (E a ​​≈ 20 kcal/mol); denne interkonversion kan imidlertid katalyseres af specifikke isomeraser kendt som prolylhydroxylase-isomeraser eller PPIaser. Interkonverteringen mellem PPII- og PPI-helixerne involverer isomerisering af cis-trans- peptidbindingen gennem hele peptidkæden. Undersøgelser baseret på ionmobilitetsspektrometri har vist tilstedeværelsen af ​​et bestemt sæt mellemprodukter i denne proces [11] .

Se også

• α-helix
• 3 10 spiral
• β-helix

Noter

1. ↑ Adzhubei, Alexei A. (2013). "Polyprolin-II Helix i proteiner: struktur og 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). "Venstrehåndede polyprolin II helixer forekommer almindeligvis i kugleformede 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). Glycinrige frostvæskeproteiner fra snelopper. videnskab _ _ ]. 310 (5747): 461. doi : 10.1126 /science.1115145 . ISSN  0036-8075 . PMID  16239469 .
4. ↑ Pentelute, Brad L. (2008-07-01). "Røntgenstruktur af frostvæskeprotein for snelopper bestemt ved racemisk krystallisation af syntetiske 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 enkeltstående NMR-fingeraftryk af en polyprolin II spiralbundt." Journal of the American Chemical Society ]. 140 (49): 16988-17000. doi : 10.1021/ jacs.8b05261 . PMID 30430829 . 
6. ↑ Kubyshkin, Vladimir (2018). "Transmembran polyprolin helix". The Journal of Physical Chemistry Letters ]. 9 (9): 2170-2174. doi : 10.1021/ acs.jpclett.8b00829 . PMID29638132 . _ 
7. ↑ Kubyshkin, Vladimir (2019). "Tolagstykkelse bestemmer tilpasningen af ​​model polyprolin helixer i lipidmembraner." fysisk kemi kemisk fysik ]. 21 (40): 22396-22408. Bibcode : 2019PCCP...2122396K . DOI : 10.1039/c9cp02996f . PMID 31577299 . 
8. ↑ S. Doose, H. Neuweiler, H. Barsch og M. Sauer, Proc. Natl. Acad. sci. USA. 104, 17400 (2007)
9. ↑ M. Moradi, V. Babin, C. Roland, T. A. Darden og C. Sagui, Proc. Natl. Acad. sci. USA. 106, 20746 (2009)
10. ↑ M.T. Ruggiero, J. Sibik, J.A. Zeitler og T.M. Korter, Agnew. Chemi. Int. Ed. 55, 6877 (2016)
11. ↑ El-Baba, Tarick J. (2019). "Opløsningsmiddelmediering af peptidkonformationer: Polyprolinstrukturer i vand, methanol, ethanol og 1-propanol som bestemt ved ionmobilitetsspektrometri-massespektrometri." Journal of American Society for Mass Spectrometry ]. 30 (1): 77-84. Bibcode : 2019JASMS..30...77E . DOI : 10.1007/s13361-018-2034-7 . PMID 30069641 .