stringtranslate.com

Поворот (биохимия)

Поворот — элемент вторичной структуры белков, при котором полипептидная цепь меняет свое общее направление на противоположное.

Определение

Согласно одному из определений, поворот — это структурный мотив, в котором атомы C α двух остатков, разделенных несколькими (обычно 1–5) пептидными связями, находятся близко (менее 7  Å  [0,70  нм ]). [1] Близость концевых атомов C α часто коррелирует с образованием водородной связи между основными цепями соответствующих остатков. Такая водородная связь является основой для исходного, возможно, более известного определения поворота. Во многих случаях, но не во всех, определения водородной связи и расстояния C α эквивалентны.

Типы поворотов

Схема бета-поворотов (тип I и тип II)

Повороты классифицируются [2] в соответствии с разделением между двумя концевыми остатками:

Повороты классифицируются по их двугранным углам остова (см. диаграмму Рамачандрана ). Поворот можно преобразовать в его обратный поворот (в котором атомы основной цепи имеют противоположную хиральность ), изменив знак его двугранных углов. (Обратный поворот не является истинным энантиомером, поскольку сохраняется хиральность атома C α .) Таким образом, γ-поворот имеет две формы: классическую форму с двугранными углами ( φ ,  ψ ) примерно (75°, −65°) и обратную форму с двугранными углами (−75°, 65°). Встречается по крайней мере восемь форм бета- поворота , различающихся тем, участвует ли цис- изомер пептидной связи, и двугранными углами центральных двух остатков. Классические и обратные β-повороты различаются штрихом, например , бета-повороты типа I и типа I′ . Если  в качестве критерия поворотов взять водородную связь i → i + 3, то четырех категорий Венкатачалама [6] (I, II, II′, I′) достаточно [4] , чтобы описать все возможные бета-повороты . Все четыре часто встречаются в белках, но I является наиболее распространенным, за ним следуют II, I′ и II′ в указанном порядке.

Петли

ω-петля — это общий термин для обозначения более длинной, вытянутой или нерегулярной петли без фиксированных внутренних водородных связей.

Несколько поворотов

Во многих случаях один или несколько остатков участвуют в двух частично перекрывающихся поворотах. Например, в последовательности из 5 остатков оба остатка с 1 по 4 и остатки со 2 по 5 образуют поворот; в таком случае говорят о ( i , i + 1) двойном повороте . Множественные повороты (до семикратного) обычно встречаются в белках. [5] Ленты бета-изгиба представляют собой другой тип множественного поворота.

Шпильки

Шпилька — это частный случай поворота, в котором направление белкового остова меняется на противоположное, а фланкирующие элементы вторичной структуры взаимодействуют. Например, бета-шпилька соединяет две водородно-связанные антипараллельные β-нити (довольно запутанное название, поскольку β-шпилька может содержать много типов поворотов — α, β, γ и т. д.).

Бета-шпильки можно классифицировать по числу остатков, которые составляют поворот, то есть тех, которые не являются частью фланкирующих β-нитей. [7] Если это число равно X или Y (согласно двум различным определениям β-слоев), β-шпилька определяется как X:Y.

Бета-повороты на концах петель бета-шпилек имеют иное распределение типов по сравнению с другими; тип I′ является наиболее распространенным, за ним следуют типы II′, I и II.

Гибкие линкеры

Повороты иногда встречаются в гибких линкерах или петлях, соединяющих домены белка . Последовательности линкеров различаются по длине и обычно богаты полярными незаряженными аминокислотами . Гибкие линкеры позволяют соединяющим доменам свободно скручиваться и вращаться, чтобы привлекать своих партнеров по связыванию через динамику доменов белка . Они также позволяют своим партнерам по связыванию вызывать более масштабные конформационные изменения посредством аллостерии на больших расстояниях . [8] [9] [10]

Роль в сворачивании белка

Были предложены две гипотезы относительно роли поворотов в сворачивании белков . Согласно одной точке зрения, повороты играют решающую роль в сворачивании, объединяя и обеспечивая или допуская взаимодействия между обычными элементами вторичной структуры. Эта точка зрения подтверждается исследованиями мутагенеза, указывающими на решающую роль определенных остатков в поворотах некоторых белков. Кроме того, неродные изомеры пептидных связей X− Pro в поворотах могут полностью блокировать конформационное сворачивание некоторых белков. Согласно противоположной точке зрения, повороты играют пассивную роль в сворачивании. Эта точка зрения подтверждается плохой консервацией аминокислот, наблюдаемой в большинстве поворотов. Неродные изомеры многих пептидных связей X−Pro в поворотах также оказывают незначительное или нулевое влияние на сворачивание.

Методы прогнозирования бета-поворота

За эти годы было разработано много методов предсказания бета-поворота. Недавно группа доктора Рагхавы разработала метод BetaTPred3, который предсказывает полный бета-поворот, а не отдельные остатки, попадающие в бета-поворот. Метод также достигает хорошей точности и является первым методом, который предсказывает все 9 типов бета-поворотов. Помимо предсказания, этот метод также может быть использован для нахождения минимального количества мутаций, необходимых для инициирования или прерывания бета-поворота в белке в желаемом месте.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Rose, GD; Gierasch, LM; Smith, JA (1985). «Превращение пептидов и белков». Advances in Protein Chemistry . 37 : 1–109. doi :10.1016/s0065-3233(08)60063-7. ISBN 978-0-12-034237-2. PMID  2865874.
  2. ^ Toniolo, C (1980). «Внутримолекулярные водородно-связанные пептидные конформации». CRC Critical Reviews in Biochemistry . 9 (1): 1–44. doi :10.3109/10409238009105471. PMID  6254725.
  3. ^ Venkatachalam, CM (октябрь 1968). «Стереохимические критерии полипептидов и белков. V. Конформация системы из трех связанных пептидных единиц». Biopolymers . 6 (10): 1425–36. doi :10.1002/bip.1968.360061006. hdl : 2027.42/37819 . PMID  5685102. S2CID  5873535.
  4. ^ ab Richardson, JS (1981). "Анатомия и таксономия структуры белка". Advances in Protein Chemistry . 34 : 167–339. doi :10.1016/s0065-3233(08)60520-3. ISBN 978-0-12-034234-1. PMID  7020376.
  5. ^ ab Hutchinson, EG; Thornton, JM (декабрь 1994 г.). «Пересмотренный набор потенциалов для формирования бета-поворота в белках». Protein Science . 3 (12): 2207–16. doi :10.1002/pro.5560031206. PMC 2142776 . PMID  7756980. 
  6. ^ Venkatachalam, CM (1968). «Стереохимические критерии для полипептидов и белков. V. Конформации системы из трех связанных пептидных единиц» (PDF) . Биополимеры . 6 (10): 1425–1436. doi :10.1002/bip.1968.360061006. hdl : 2027.42/37819 . PMID  5685102. S2CID  5873535.
  7. ^ Sibanda, BL; Blundell, TL; Thornton, JM (20 апреля 1989 г.). «Конформация бета-шпилек в белковых структурах. Систематическая классификация с приложениями к моделированию с помощью гомологии, подгонки электронной плотности и белковой инженерии». Журнал молекулярной биологии . 206 (4): 759–77. doi :10.1016/0022-2836(89)90583-4. PMID  2500530.
  8. ^ Данкер А.К., Лоусон Дж.Д., Браун СиДжей, Уильямс Р.М., Ромеро П., О Дж.С., Олдфилд СиДжей, Кампен А.М., Рэтлифф К.М., Хиппс К.В., Аузио Дж., Ниссен М.С., Ривз Р., Канг С., Киссинджер С.Р., Бэйли Р.В., Грисволд Доктор медицинских наук, Чиу В., Гарнер Э.К., Обрадович З. (2001). «Внутренне неупорядоченный белок». Журнал молекулярной графики и моделирования . 19 (1): 26–59. CiteSeerX 10.1.1.113.556 . дои : 10.1016/s1093-3263(00)00138-8. ПМИД  11381529. 
  9. ^ Bu Z, Callaway DJ (2011). «Белки движутся! Динамика белков и дальняя аллостерия в клеточной сигнализации». Структура белков и заболевания . Достижения в области химии белков и структурной биологии. Том 83. С. 163–221. doi :10.1016/B978-0-12-381262-9.00005-7. ISBN 9780123812629. PMID  21570668.
  10. ^ Compiani M, Capriotti E (декабрь 2013 г.). "Вычислительные и теоретические методы сворачивания белков" (PDF) . Биохимия . 52 (48): 8601–24. doi :10.1021/bi4001529. PMID  24187909. Архивировано из оригинала (PDF) 2015-09-04.

Внешние ссылки

Литература

Эти ссылки отсортированы по дате.