Den spiralformede spiral er et strukturelt motiv i proteiner , hvor 2-7 [1] alfa-spiraler er viklet sammen som reb. ( Dimere og trimere er de mest almindelige typer.) Mange coiled-coil-proteiner er involveret i vigtige biologiske funktioner, såsom regulering af genekspression - for eksempel transkriptionsfaktorer . Fremtrædende eksempler er onkoproteinerne c-Fos og c-jun og muskelproteinet tropomyosin .
Evnen til at danne spiralformede spoler for α -keratin var oprindeligt noget kontroversiel. Linus Pauling og Francis Crick konkluderede uafhængigt af hinanden, at det var muligt omkring samme tid. I sommeren 1952 besøgte Pauling laboratoriet i England , hvor Crick arbejdede. Pauling og Crick mødtes og talte om forskellige emner; på et tidspunkt spurgte Crick, om Pauling overvejede "spiralspiraler" (Crick opfandt udtrykket), hvilket Pauling svarede, at han gjorde. Da han vendte tilbage til USA, genoptog Pauling forskningen i emnet. Han konkluderede, at der eksisterede spiralspoler, og sendte et langt manuskript til tidsskriftet Nature i oktober . Paulings søn Peter Pauling arbejdede i samme laboratorium som Crick og fortalte ham om denne rapport. Crick mente, at Pauling havde stjålet hans idé og sendte en kortere note til Nature få dage efter at have modtaget Paulings manuskript. Til sidst, efter nogle kontroverser og hyppig korrespondance, udtalte Cricks laboratorium, at ideen var blevet nået uafhængigt af begge forskere, og at intet intellektuelt tyveri havde fundet sted [2] . I sin note (som først blev offentliggjort på grund af dens kortere længde) foreslog Crick en spiralformet spole samt matematiske metoder til at bestemme deres struktur [3] . Det er bemærkelsesværdigt, at dette skete kort efter, at Linus Pauling og hans kolleger foreslog strukturen af alfa-helixen i 1951 [4] . Disse undersøgelser blev offentliggjort i fravær af keratinsekvensinformation. De første keratinsekvenser blev identificeret af Hanukoglu og Fuchs i 1982 [5] [6]
Baseret på sekvensforudsigelse og sekundær strukturanalyse er spiralformede keratindomæner blevet identificeret [6] . Disse modeller er blevet bekræftet ved strukturel analyse af de spiralformede domæner af keratiner [7] .
Spiralspiraler indeholder normalt et hxxhcxc- gentagelsesmønster af hydrofobe ( h ) og ladede ( c ) aminosyrerester , kaldet heptad-gentagelsen [8] . Positioner i heptad-gentagelsen betegnes normalt abcdefg , hvor a og d er hydrofobe positioner, der ofte er optaget af isoleucin , leucin eller valin . Foldning af sekvensen med dette gentagne motiv til en sekundær alfa-spiralstruktur resulterer i, at de hydrofobe rester præsenteres som et "bånd", der forsigtigt vikler sig rundt om helixen på en venstrehåndet måde og danner en amfipatisk struktur. Den mest gunstige måde at placere to sådanne helixer i cytoplasmaets vandfyldte miljø er at vikle hydrofobe kæder oven på hinanden, klemt mellem hydrofile aminosyrer. Det er således nedgravningen af hydrofobe overflader, der giver den termodynamiske drivkraft for oligomerisering. Pakningen ved helix-helix-grænsefladen er ekstremt tæt med næsten fuldstændig van der Waals - kontakt mellem sidekæderne af resterne a og d. Denne tætte pakning blev oprindeligt forudsagt af Francis Crick i 1952 [3] og kaldes "stoppe håndtag i huller".
α-helixer kan være parallelle eller anti-parallelle og har normalt en venstrehåndet superhelix (fig. 1). Adskillige højrehåndede spiralformede spoler er også blevet observeret i naturen og i konstruerede proteiner [9] .
Viral indtræden i CD4-positive celler begynder, når de tre underenheder af glycoprotein 120 ( gp120 ) binder til CD4-receptoren og co-receptoren. Glykoproteinet gp120 er tæt forbundet med gp41-trimeren gennem van der Waals-interaktioner. Når gp120 binder til CD4-receptoren og co-receptoren, fører en række konformationelle ændringer i strukturen til dissocieringen af gp120 og eksponeringen af gp41 , samtidig med at den N-terminale gp41-fusionspeptidsekvens forankres i værtscellen . Den fjederbelastede mekanisme er ansvarlig for at sikre, at virusets membraner og cellerne er tæt nok på hinanden til, at de kan smelte sammen. Kilden til den fjederbelastede mekanisme ligger i eksponeret gp41 , som indeholder to på hinanden følgende heptad-gentagelser (HR1 og HR2) efter fusionspeptidet i N-terminalen af proteinet. HR1 danner en parallel trimer spiralformet spiral, omkring hvilken HR2-regionen er viklet, og danner en hårnåletrimer (eller seks-helix bundt) struktur, hvilket letter membranfusion ved at bringe membranerne tættere sammen. Virussen kommer derefter ind i cellen og begynder at replikere. For nylig er inhibitorer afledt af HR2, såsom Fuzeon (DP178, T-20) til at binde til HR1-regionen af gp41, blevet udviklet. Imidlertid har HR1-afledte peptider ringe viral inhiberingseffektivitet på grund af disse peptiders tilbøjelighed til at aggregere i opløsning. Kimærer af disse HR1-afledte peptider med GCN4 leucin lynlåse er blevet udviklet og vist at være mere potente end Fuzeon , men er endnu ikke gået ind i klinisk praksis.
På grund af deres specifikke interaktion kan spiralformede spoler bruges som "tags" for at stabilisere eller tilvejebringe en specifik oligomeriseringstilstand [10] . Den spiralformede spoleinteraktion har vist sig at drive oligomeriseringen af BBS2- og BBS7-underenhederne [11] [12] .
Det generelle problem med at bestemme den foldede struktur af et protein givet en given aminosyresekvens (det såkaldte proteinfoldningsproblem ) er ikke blevet løst. Den spiralformede spole er dog et af et relativt lille antal foldemotiver, for hvilke forholdet mellem sekvensen og den endelige foldestruktur er relativt godt forstået [13] [14] . Harbury et al. udført et skelsættende studie ved hjælp af den arketypiske spiralformede spole, GCN4, hvori der blev etableret regler, der styrer, hvordan peptidsekvensen påvirker den oligomere tilstand (dvs. antallet af alfa-helixer i den endelige samling) [15] [16] . GCN4-spiral-spiralen er en 31-aminosyre (svarende til lidt over fire heptader ) parallel, dimer (dvs. sammensat af to alfa-helixer ) spiralformede spiral og har en repeterende isoleucin (eller I i etbogstavskoden ) og leucin (L ) ) i henholdsvis position a og d og danner en dimer spiralformet spole. Når aminosyrerne i positionerne a og d blev ændret fra I til a og L til d til I til a og I til d , blev der dannet en trimerisk (tre alfa-helixer ) spiralformet spiral. Skift af positioner L til a og fra I til d resulterede også i en tetramerisk (fire alfa-helix ) spiralformet spole. De er et sæt regler til bestemmelse af de oligomere tilstande af en spiralformet spole og giver videnskabsmænd mulighed for effektivt at undersøge opførselen af oligomerisering. Et andet aspekt af den spiralformede spolekonstruktion, som er relativt godt forstået, i det mindste i tilfælde af dimere spiralformede spoler, er, at placering af en polær rest (specifikt asparagin , N) i modsatte positioner initierer en parallel spiralformede spolekonstruktion. Denne effekt skyldes en selvkomplementær hydrogenbinding mellem disse rester, som ikke ville være opfyldt, hvis N blev parret, for eksempel med L på den modsatte helix [17] .
For nylig har Peacock, Picramenou og kolleger demonstreret, at spiralformede spoler kan samles selv ved hjælp af lanthanid(III)-ioner som en matrix, og dermed skabe nye billeddannende midler [18] .
| Sekundær struktur af et protein | ||
|---|---|---|
| Spiraler | ||
| Udvidelser | ||
| Super sekundær struktur | ||