310-spiral

Helix 3 10  (helix 3.10)  er en type sekundær struktur, der findes i proteiner og polypeptider. Af de mange proteinsekundære strukturer, der er til stede, er 310 -helixen den fjerde mest almindeligt observerede type efter α-helixer , β-sheets og β-drejninger . 3 10 -helixer udgør næsten 15-20 % af alle helixer i proteiners sekundære strukturer og observeres sædvanligvis som forlængelser af α-helixer, der findes enten ved deres N- eller C-termini. 310-helixer i proteiner er typisk kun tre til fem rester lange sammenlignet med et gennemsnit på 10-12 rester for α-helixer . På grund af α-helixers tendens til sekventielt at folde og udfolde sig, er det blevet foreslået, at 3 10 helixen tjener som en slags mellemkonformation i foldningen/udfoldningen af ​​α-helixerne [1] .

Discovery

Max Perutz , leder af Laboratory of Molecular Biology ved University of Cambridge Medical Research Council , skrev det første papir, der dokumenterer 3 10 helixen [2] . Sammen med Lawrence Bragg og John Kendrew publicerede Perutz en undersøgelse af polypeptidkædekonfigurationer i 1950 baseret på ikke-krystallinske diffraktionsdata samt små molekyle krystalstrukturer såsom krystaller fundet i hår [3] . Deres forslag omfattede det, der nu er kendt som 3 10 helixen , men inkluderede ikke de to mere almindelige strukturelle motiver, der blev opdaget noget senere. Året efter forudsagde Linus Pauling begge disse motiver, alfahelixen [4] og betaarket [5] , i et papir, der nu i betydning [2] sammenligner med Francis Crick og James D. Watsons udgivelse om DNA dobbelt helix [6] . Pauling var meget kritisk over for de spiralformede strukturer foreslået af Bragg, Kendrew og Perutz og udtalte, at de alle var usandsynlige [2] [4] .

Pauling og Coreys artikel ramte mig som et lyn. I modsætning til Kendrews og mine, var deres fri for vridninger; alle amidgrupper var plane, og hver carbonylgruppe dannede en perfekt hydrogenbinding med hver fjerde aminosyrerest længere nede i kæden. Bygningen så helt rigtig ud. Hvordan kunne jeg savne det?
— Max Perutz , 1998 [2] .

Senere samme dag fik Perutz den idé at lave et eksperiment for at bekræfte Paulings model, og han skyndte sig til laboratoriet for at udføre det. Inden for få timer havde han beviser, der understøttede alfa-helixen, som han først viste Bragg i mandags [2] . Perutz' bekræftelse af alfa-helix-strukturen blev offentliggjort i Nature kort efter [7] . Principperne anvendt i papiret fra 1950 til teoretiske polypeptidstrukturer relateret til 3 10 helixen omfattede: [3]

Strukturen af ​​3 10 helixen blev til sidst bekræftet af Kendrew i hans myoglobinstruktur fra 1958 [8] , og blev også genopdaget i 1960, da Perutz bestemte strukturen af ​​hæmoglobin [9] [10] [11] og forfinede i efterfølgende arbejde med hans deoxygenerede [12] [13] og iltede former [14] [14] .

Det vides nu, at helixen er den 3 10 fjerde hyppigst observerede type efter α-helixer , β-sheets og β-drejninger [1] . Disse er næsten altid korte strækninger, hvoraf næsten 96% indeholder fire eller færre aminosyrerester [15] :44 , der optræder på steder som "hjørner", hvor α-helixer ændrer retning, for eksempel i strukturen af ​​myoglobin [8] . Længere regioner, der spænder fra syv til elleve rester, er blevet observeret i spændingssensorsegmentet af spændingsstyrede kaliumkanaler i det transmembrane domæne af nogle spiralformede proteiner [16] .

Struktur

Aminosyrerne i 3-10 helixen er arrangeret i en højrehåndet helixstruktur . Hver aminosyre svarer til en 120° drejning af helixen (det vil sige, at helixen har tre rester pr. omgang), et skift på 2,0  Å langs helixens akse og har 10 atomer i ringen dannet af en hydrogenbinding [ 15] :44-45 . Vigtigst er det, at NH-gruppen i aminosyren danner en hydrogenbinding med C=O -gruppen i aminosyren tre rester tidligere; denne gentagne i + 3 →  i hydrogenbinding definerer en 3 10 helix. Lignende konstruktionsstrukturer findes i α-helix ( i  + 4 →  i hydrogenbinding) og Pi-helix ( i  + 5 →  i hydrogenbinding) [15] :44–45 [1] .

Aminosyrerester i lange 3 10 helixer antager ( φ ,  ψ ) dihedrale vinkler omkring (−49°, −26°). Mange 3 10 helixer i proteiner er korte og afviger derfor fra disse værdier. Mere generelt danner resterne i lange 3 10 helixer dihedriske vinkler, således at den dihedriske vinkel ψ af en rest og den dihedriske vinkel φ af den næste rest summerer til omkring -75°. Til sammenligning er summen af ​​de dihedriske vinkler for α-helixen cirka −105°, og for π-helixen, cirka −125° [15] :44–45 .

Den generelle formel for rotationsvinklen Ω pr. rest af enhver polypeptidhelix med transisomerer er givet ved ligningen: [15] :40

og da for en ideel 3 10 helix Ω  = 120°, følger det, at φ og ψ skal være relateret til:

i overensstemmelse med den observerede værdi af φ  +  ψ omkring −75° [15] :44 .

Betydningen af ​​de dihedrale vinkler i 3 10 -helixen i forhold til vinklerne af α-helixen kan forklares ved den korte længde af denne helix - fra 3 til 5 rester i længden sammenlignet med 10-12 rester i α-helixen . 3 10 -helixer optræder ofte i molekylernes overgangsområder, hvilket bestemmer deres lille størrelse og fører til afvigelser i fordelingen af ​​deres hovedkædes snoningsvinkler og følgelig til uregelmæssigheder. Deres hydrogenbindingsnetværk er forvrænget sammenlignet med α-helixer, hvilket bidrager til deres ustabilitet, selvom den hyppige forekomst af 3-10 helixen i naturlige proteiner viser deres betydning i overgangsstrukturer [1] [1] .

Stabilitet

Gennem forskning af Mary Karpen, Peter De Hasset og Kenneth Neath [17] er stabilitetsfaktorer i 3 10 helixer blevet identificeret. Helixerne stabiliseres mest fremtrædende af aspartatresten ved den ikke-polære N - terminal, som interagerer med amidgruppen ved den spiralformede N - terminal. Denne elektrostatiske interaktion stabiliserer peptiddipolerne i en parallel orientering. Ligesom de kontinuerlige spiralformede hydrogenbindinger, der stabiliserer α-helixerne, er høje niveauer af aspartat lige så vigtige for opretholdelsen af ​​310 -helixerne . Den høje frekvens af aspartat i både 310-helixen og α-helixen indikerer dets indflydelse på initieringen og udbredelsen af ​​helixen, men antyder samtidig, at det bidrager til stabiliseringen af ​​310 -helixen ved at hæmme udbredelsen af ​​α. -spiraler [17] .

Se også

Noter

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Roger Armen, Darwin OV Alonso, Valerie Daggett. Rollen af ​​α-, 3 10 - og π-helix i helix→coil overgange  //  Protein Science. - 2003-06. — Bd. 12 , udg. 6 . — S. 1145–1157 . - doi : 10.1110/ps.0240103 .
  2. ↑ 1 2 3 4 5 David Eisenberg. Opdagelsen af ​​α-helixen og β-arket, de vigtigste strukturelle træk ved proteiner  // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 09-09-2003. - T. 100 , nej. 20 . — S. 11207–11210 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.2034522100 .
  3. ↑ 1 2 Polypeptidkædekonfigurationer i krystallinske proteiner  (engelsk)  // Proceedings of the Royal Society of London. Serie A. Matematiske og fysiske videnskaber. — 1950-10-10. — Bd. 203 , udg. 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 af ​​proteiner: To hydrogenbundne heliske konfigurationer af polypeptidkæden  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 1951-04. — Bd. 37 , udg. 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 plisserede ark, en ny lagkonfiguration af polypeptidkæder  //  Proceedings of the National Academy of Sciences. - 1951-05. — Bd. 37 , udg. 5 . — S. 251–256 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.37.5.251 .
  6. ↑ Watson, James D. (1953). "Molekylær struktur af nukleinsyrer: en struktur for deoxyribose nukleinsyre." natur . 171 (4356): 737-738. Bibcode : 1953Natur.171..737W . DOI : 10.1038/171737a0 . PMID  13054692 .
  7. ↑ MF Perutz. Ny røntgenbevis om konfigurationen af ​​polypeptidkæder: polypeptidkæder i poly-γ-benzyl-L-glutamat, keratin og hæmoglobin  //  natur. - 1951-06. — Bd. 167 , udg. 4261 . - S. 1053-1054 . — ISSN 1476-4687 0028-0836, 1476-4687 . - doi : 10.1038/1671053a0 . Arkiveret fra originalen den 13. august 2021.
  8. ↑ 1 2 J. C. Kendrew, G. Bodo, H. M. Dintzis, R. G. Parrish, H. Wyckoff. En tredimensionel model af myoglobinmolekylet opnået ved røntgenanalyse   // Nature . — 08-03-1958. — Bd. 181 , udg. 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. Hæmoglobins struktur: En tredimensionel Fourier-syntese ved 5,5-Å. Opløsning, opnået ved røntgenanalyse   // Nature . - 1960-02. — Bd. 185 , iss. 4711 . — S. 416–422 . — ISSN 1476-4687 0028-0836, 1476-4687 . - doi : 10.1038/185416a0 .
  10. ↑ MF Perutz. Hæmoglobinmolekylet  // Scientific American. — 1964-11. - T. 211 , nr. 5 . — S. 64–76 . — ISSN 0036-8733 . - doi : 10.1038/scientificamerican1164-64 .
  11. ↑ Videnskab er ikke et stille liv: optrævling af hæmoglobins atommekanisme . - London [England]: Imperial College Press, 1997. - xxi, 636 sider s. - 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. Hæmoglobins struktur og funktion  (engelsk)  // Journal of Molecular Biology. — 1967-08. — Bd. 28 , udg. 1 . — S. 117–150 . - doi : 10.1016/S0022-2836(67)80082-2 .
  13. ↑ W. Bolton, Joyce M. Cox, M. F. Perutz. Hæmoglobins struktur og funktion  (engelsk)  // Journal of Molecular Biology. — 1968-04. — Bd. 33 , udg. 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. Tredimensionel Fourier-syntese af hesteoxyhæmoglobin ved 2,8 Å opløsning: Atommodellen   // Nature . - 1968-07. — Bd. 219 , udg. 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 til peptider og proteiner. . - Hoboken: Taylor og Francis, 2009. - 1 online ressource (440 sider) s. - ISBN 978-1-4398-8204-7 , 1-4398-8204-5.
  16. ↑ Ricardo Simão Vieira-Pires, João Henrique Morais-Cabral. 310 helixer i kanaler og andre membranproteiner  (engelsk)  // Journal of General Physiology. — 2010-12-01. — Bd. 136 , udg. 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. Forskelle i aminosyrefordelingerne af 3 10 -helixer og α -helices  (engelsk)  // Protein Science. — 1992-10. — Bd. 1 , iss. 10 . - S. 1333-1342 . - doi : 10.1002/pro.5560011013 .


 Sekundær struktur af et protein
Spiraler
Udvidelser
Super sekundær struktur