Терн (биохимия)

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

Определение

Согласно одному определению, поворот представляет собой структурный мотив, в котором атомы Cα ^двух остатков, разделенных несколькими (обычно от 1 до 5) пептидными связями , расположены близко (менее 7  Å  [0,70  нм ]). ^[1] Близость концевых атомов Cα ^часто коррелирует с образованием межосновной водородной связи между соответствующими остатками. Такая водородная связь лежит в основе оригинального, возможно, более известного определения поворота. Во многих случаях, но не во всех, определения водородной связи и Cα ^- расстояния эквивалентны.

Виды поворотов

Схема бета-поворотов (тип I и тип II)

Повороты классифицируются ^[2] в зависимости от разделения двух концевых остатков:

• В α-повороте концевые остатки разделены четырьмя пептидными связями ( i → i  ± 4).
• В β-повороте (самая распространенная форма) – по трем связям ( i → i  ±3).
• В γ-витке – двумя связями ( i → i  ± 2).
• В δ-повороте — по одной связи ( i → i  ± 1), что стерически маловероятно.
• В π-повороте пятью связями ( i → i  ± 5).

Повороты классифицируются по двугранным углам их остова (см. график Рамачандрана ). Виток можно преобразовать в обратный виток (в котором атомы основной цепи имеют противоположную киральность ) путем изменения знака 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 обратная форма с двугранными углами (-75 °, 65 °). Встречаются по крайней мере восемь форм бета-поворота , различающиеся тем, участвует ли цис- изомер пептидной связи, а также двугранными углами двух центральных остатков. Классические и инверсные β-повороты различаются штрихом, например , тип I и бета-повороты типа I' . Если  в качестве критерия поворотов принять водородную связь i → i + 3, то четырех категорий Венкатачалама ^[6] (I, II, II', I') достаточно ^[4] для описания всех возможных бета-поворотов . Все четыре часто встречаются в белках, но наиболее распространен I, за ним следуют II, I' и II' в этом порядке.

Петли

ω-петля — это общий термин, обозначающий более длинную, протяженную или нерегулярную петлю 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 как остатки с 1 по 4, так и остатки со 2 по 5 образуют поворот; в таком случае говорят о ( i , i +1) двойном повороте . Множественные повороты (до семикратных) обычно происходят в белках. ^[5] Ленты Beta Bend представляют собой другой тип многовитковых лент.

Заколки для волос

Шпилька — это частный случай поворота, при котором направление белкового остова меняется на противоположное и фланкирующие элементы вторичной структуры взаимодействуют . Например, бета-шпилька соединяет две антипараллельные β-цепи, связанные водородными связями (довольно запутанное название, поскольку β-шпилька может содержать множество типов витков – α, β, γ и т. д.).

Бета-шпильки можно классифицировать по количеству остатков, составляющих поворот, то есть не являющихся частью фланкирующих β-цепей. ^[7] Если это число равно X или Y (согласно двум различным определениям β-листов), β-шпилька определяется как X:Y.

Бета-витки на концах петель бета-шпильок имеют иное распределение типов, чем остальные; тип I' является наиболее распространенным, за ним следуют типы II', I и II.

Гибкие линкеры

Повороты иногда обнаруживаются внутри гибких линкеров или петель, соединяющих белковые домены . Линкерные последовательности различаются по длине и обычно богаты полярными незаряженными аминокислотами . Гибкие линкеры позволяют соединяющимся доменам свободно скручиваться и вращаться, привлекая своих партнеров по связыванию посредством динамики белковых доменов . Они также позволяют своим партнерам по связыванию вызывать более масштабные конформационные изменения посредством аллостерии на большие расстояния . ^{[8] [9] [10]}

Роль в сворачивании белка

Были предложены две гипотезы о роли поворотов в сворачивании белка . С одной стороны, повороты играют решающую роль в складывании, объединяя и обеспечивая взаимодействие между регулярными элементами вторичной структуры. Эта точка зрения подтверждается исследованиями мутагенеза, указывающими на критическую роль определенных остатков в поворотах некоторых белков. Кроме того, ненативные изомеры пептидных связей X- Pro , в свою очередь, могут полностью блокировать конформационное сворачивание некоторых белков. С другой стороны, терны играют пассивную роль в фолде. Эта точка зрения подтверждается плохой консервацией аминокислот, наблюдаемой в большинстве витков. Ненативные изомеры многих пептидных связей X-Pro , в свою очередь, также практически не влияют на сворачивание.

Методы прогнозирования бета-поворота

За прошедшие годы было разработано множество методов прогнозирования бета-поворота. Недавно группа доктора Рагхавы разработала метод BetaTPred3, который предсказывает полный бета-поворот, а не отдельные остатки, попадающие в бета-поворот. Этот метод также обеспечивает хорошую точность и является первым методом, который предсказывает все 9 типов бета-поворотов. Помимо прогнозирования, этот метод также можно использовать для определения минимального количества мутаций, необходимых для инициирования или прекращения бета-поворота белка в желаемом месте.

Смотрите также

• Вторичная структура
• бета-повороты

Рекомендации

1. Роуз, Джорджия; Гираш, Л.М.; Смит, Дж. А. (1985). «Превращает пептиды и белки». Достижения в области химии белков . 37 : 1–109. дои : 10.1016/s0065-3233(08)60063-7. ISBN 978-0-12-034237-2. ПМИД  2865874.
2. Тониоло, C (1980). «Конформации пептидов с внутримолекулярными водородными связями». Критические обзоры CRC по биохимии . 9 (1): 1–44. дои : 10.3109/10409238009105471. ПМИД  6254725.
3. Венкатачалам, CM (октябрь 1968 г.). «Стереохимические критерии полипептидов и белков. V. Конформация системы трех связанных пептидных единиц». Биополимеры . 6 (10): 1425–36. дои : 10.1002/bip.1968.360061006. hdl : 2027.42/37819 . PMID  5685102. S2CID  5873535.
4. Ричардсон, Дж. С. (1981). «Анатомия и систематика структуры белка». Достижения в области химии белков . 34 : 167–339. дои : 10.1016/s0065-3233(08)60520-3. ISBN 978-0-12-034234-1. ПМИД  7020376.
5. Хатчинсон, Э.Г.; Торнтон, Дж. М. (декабрь 1994 г.). «Пересмотренный набор потенциалов образования бета-поворотов в белках». Белковая наука . 3 (12): 2207–16. дои : 10.1002/pro.5560031206. ПМК 2142776 . ПМИД  7756980. 
6. Венкатачалам, CM (1968). «Стереохимические критерии полипептидов и белков. V. Конформации системы трех связанных пептидных единиц» (PDF) . Биополимеры . 6 (10): 1425–1436. дои : 10.1002/bip.1968.360061006. hdl : 2027.42/37819 . PMID  5685102. S2CID  5873535.
7. Сибанда, БЛ; Бланделл, ТЛ; Торнтон, Дж. М. (20 апреля 1989 г.). «Конформация бета-шпильок в белковых структурах. Систематическая классификация с применением к моделированию по гомологии, подбору электронной плотности и белковой инженерии». Журнал молекулярной биологии . 206 (4): 759–77. дои : 10.1016/0022-2836(89)90583-4. ПМИД  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. Бу З, Callaway DJ (2011). «Белки движутся! Динамика белков и дальняя аллостерия в передаче сигналов в клетках». Структура белка и болезни . Достижения в области химии белков и структурной биологии. Том. 83. стр. 163–221. дои : 10.1016/B978-0-12-381262-9.00005-7. ISBN 9780123812629. ПМИД  21570668.
10. Компиани М, Каприотти Э (декабрь 2013 г.). «Вычислительные и теоретические методы сворачивания белков» (PDF) . Биохимия . 52 (48): 8601–24. дои : 10.1021/bi4001529. PMID  24187909. Архивировано из оригинала (PDF) 4 сентября 2015 г.

Внешние ссылки

• BetaTPred3 — платформа Insilico для прогнозирования и инициации бета-турнов в белке в нужном месте. Ссылка на статью.
• NetTurnP — предсказание участков бета-поворота в белковых последовательностях
• BetaTPred - Прогнозирование бета-поворотов в белках с использованием статистических алгоритмов

Литература

Эти ссылки упорядочены по дате.

• Венкатачалам CM. (1968). «Стереохимические критерии полипептидов и белков. V. Конформация системы трех связанных пептидных единиц». Биополимеры . 6 (10): 1425–36. дои : 10.1002/bip.1968.360061006. hdl : 2027.42/37819 . ПМИД  5685102.
• Немети, Джордж; Принц, Мортон П. (1972). « -Поворот, возможная свернутая конформация полипептидной цепи. Сравнение с β-поворотом». Макромолекулы . 5 (6): 755–758. дои : 10.1021/ma60030a017. ${\displaystyle \gamma }$
• Льюис П.Н., Момани Ф.А., Шерага Х.А. (1973). «Перевороты цепей в белках». Биохим Биофиз Акта . 303 (2): 211–29. дои : 10.1016/0005-2795(73)90350-4. ПМИД  4351002.
• Тониоло К.; Бенедетти, Этторе (1980). «Конформации пептидов с внутримолекулярными водородными связями». CRC Crit Rev Biochem . 9 (1): 1–44. дои : 10.3109/10409238009105471. ПМИД  6254725.
• Ричардсон Дж.С. (1981). «Анатомия и систематика структуры белка». Достижения в области химии белков . 34 : 167–339. дои : 10.1016/S0065-3233(08)60520-3. ISBN 9780120342341. ПМИД  7020376.
• Роуз Г.Д., Гираш Л.М., Смит Дж.А. (1985). «Превращает пептиды и белки». Достижения в области химии белков . 37 : 1–109. дои : 10.1016/S0065-3233(08)60063-7. ISBN 9780120342372. ПМИД  2865874.
• Милнер-Уайт Э.Дж., Поэт Р. (1987). «Петли, выпуклости, повороты и шпильки в белках». Тенденции биохимической науки . 12 : 189–192. дои : 10.1016/0968-0004(87)90091-0.
• Уилмот К.М., Торнтон Дж.М. (1988). «Анализ и прогнозирование различных типов бета-поворотов в белках». Дж Мол Биол . 203 (1): 221–32. дои : 10.1016/0022-2836(88)90103-9. ПМИД  3184187.
• Сибанда, БЛ; Бланделл, ТЛ; Торнтон, Дж. М. (1989). «Конформация β-шпильок в белковых структурах: Систематическая классификация с применением к моделированию по гомологии, подбору электронной плотности и белковой инженерии». Журнал молекулярной биологии . 206 (4): 759–777. дои : 10.1016/0022-2836(89)90583-4. ПМИД  2500530.
• Милнер-Уайт, Э. (1990). «Ситуации гамма-поворотов в белках. Их связь с альфа-спиралями, бета-листами и сайтами связывания лигандов». Дж. Мол. Биол . 216 (2): 385–397. дои : 10.1016/S0022-2836(05)80329-8. ПМИД  2254936.
• Хатчинсон, Э.Г.; Торнтон, Дж. М. (1994). «Пересмотренный набор потенциалов для образования β-поворота в белках». Белковая наука . 3 (12): 2207–2216. дои : 10.1002/pro.5560031206. ПМК  2142776 . ПМИД  7756980.
• Павоне В., Гаэта Г., Ломбарди А., Настри Ф., Маглио О., Изерния С., Савиано М. (1996). «Обнаружение вторичных структур белков: классификация и описание изолированных альфа-поворотов». Биополимеры . 38 (6): 705–21. doi :10.1002/(SICI)1097-0282(199606)38:6<705::AID-BIP3>3.0.CO;2-V. ПМИД  8652792.
• Раджашанкар К.Р., Рамакумар С. (1996). «Пи-повороты в белках и пептидах: классификация, конформация, возникновение, гидратация и последовательность». Белковая наука . 5 (5): 932–46. дои : 10.1002/pro.5560050515. ПМК  2143406 . PMID  8732765. Архивировано из оригинала 24 мая 2009 г.
• Шаповалов М; Вучетич, С; Данбрек Р.Л.-младший (март 2019 г.). «Новая кластеризация и номенклатура бета-поворотов, полученная из белковых структур высокого разрешения». PLOS Вычислительная биология . 15 (3): e1006844. Бибкод : 2019PLSCB..15E6844S. дои : 10.1371/journal.pcbi.1006844 . ПМК  6424458 . ПМИД  30845191.