stringtranslate.com

310 спираль

Вид сбоку 3 10 -спирали остатков аланина в атомных деталях. Две водородные связи с одной и той же пептидной группой выделены пурпурным цветом; расстояние между кислородом и водородом составляет 1,83 Å (183 пм). Цепь белка идет вверх, т. е. ее N-конец находится внизу, а ее C-конец - вверху рисунка. Обратите внимание, что боковые цепи направлены немного вниз , т. е. по направлению к N-концу.

Спираль 3 10 — это тип вторичной структуры, встречающийся в белках и полипептидах. Из многочисленных присутствующих вторичных структур белков спираль 3 10 является четвертым наиболее распространенным типом; после α-спиралей , β-слоев и обратных поворотов . Спирали 3 10 составляют около 10–15% всех спиралей во вторичных структурах белков и обычно наблюдаются как расширения α-спиралей, обнаруживаемые либо на их N-, либо на C-концах. Из-за тенденции α-спиралей последовательно складываться и разворачиваться было высказано предположение, что спираль 3 10 служит своего рода промежуточной конформацией и дает представление об инициации складывания α-спирали.

Вид сверху той же спирали, показанной справа. Три карбонильные группы направлены вверх к наблюдателю, разнесены на окружности примерно на 120°, что соответствует 3,0 аминокислотным остаткам на виток спирали.

Открытие

Макс Перуц , глава Лаборатории молекулярной биологии Медицинского исследовательского совета в Кембриджском университете , написал первую статью, документирующую неуловимую 3 10 -спираль. [1] Вместе с Лоуренсом Брэггом и Джоном Кендрю Перуц опубликовал исследование конфигураций полипептидной цепи в 1950 году, основанное на сигналах из данных некристаллической дифракции, а также из кристаллических структур малых молекул, таких как кристаллические, обнаруженные в волосах. [2] Их предложения включали то, что теперь известно как 3 10 спираль, но не включали два наиболее распространенных структурных мотива, которые, как теперь известно, встречаются. В следующем году Лайнус Полинг предсказал оба этих мотива, альфа-спираль [3] и бета-слой , [4] в работе, которая теперь сравнивается по значимости [1] с публикацией Фрэнсиса Крика и Джеймса Д. Уотсона о двойной спирали ДНК . [5] Полинг резко критиковал спиральные структуры, предложенные Брэггом, Кендрю и Перуцем, торжествующим тоном заявляя, что все они неправдоподобны. [1] [3] Перуц описывает в своей книге «Жаль, что я не рассердил вас раньше» [6] опыт чтения статьи Полинга однажды субботним утром:

Я был ошеломлен работой Полинга и Кори. В отличие от спиралей Кендрю и моих, их спираля была свободна от напряжения; все амидные группы были плоскими, и каждая карбонильная группа образовывала идеальную водородную связь с аминогруппой на четыре остатка дальше по цепи. Структура выглядела абсолютно правильной. Как я мог ее не заметить?

—  Макс Перуц , 1998, стр. 173-175. [6]

Позже в тот же день Перуцу пришла в голову идея провести эксперимент, подтверждающий модель Полинга, и он помчался в лабораторию, чтобы провести его. Через несколько часов у него были доказательства, подтверждающие альфа-спираль, которые он первым делом показал Брэггу в понедельник. [1] Подтверждение Перуцем структуры альфа-спирали было опубликовано в Nature вскоре после этого. [7] Принципы, примененные в статье 1950 года к теоретическим структурам полипептидов, верные для спирали 3 10 , включали: [2]

Спираль 3 10 была в конечном итоге подтверждена Кендрю в его структуре миоглобина 1958 года [8] , а также была обнаружена Перуцем в 1960 году при определении структуры гемоглобина [9] [10] [11] и в последующих работах по его дезоксигенированным [12] [13] и оксигенированным формам. [14] [15]

Спираль 3 10 теперь известна как третья основная структура, встречающаяся в глобулярных белках , после α-спирали и β-слоя. [16] Они почти всегда представляют собой короткие секции, причем почти 96% содержат четыре или менее аминокислотных остатков, [17] : 44  появляются в таких местах, как «углы», где α-спирали меняют направление в структуре миоглобина, например. [8] Более длинные секции, в диапазоне от семи до одиннадцати остатков, наблюдались в сегменте датчика напряжения потенциалзависимых калиевых каналов в трансмембранном домене некоторых спиральных белков. [18]

Структура

Аминокислоты в 3 10 -спирали расположены в правосторонней спиральной структуре. Каждая аминокислота соответствует повороту спирали на 120° (т. е. спираль имеет три остатка на виток) и трансляции 2,0 Å (0,20 нм) вдоль оси спирали, и имеет 10 атомов в кольце, образованном путем создания водородной связи. [17] : 39  Самое важное, что группа NH аминокислоты образует водородную связь с группой C=O аминокислоты тремя остатками ранее; эта повторяющаяся водородная связь i  + 3 →  i определяет 3 10 -спираль. Похожие структуры включают α-спираль ( водородная связь i  + 4 →  i ) и π-спираль i  + 5 →  i водородная связь. [17] : 44–45  [19]

Остатки в длинных 3 10 -спиралях принимают ( φ ,  ψ ) двугранные углы около (−49°, −26°). Многие 3 10 -спирали в белках короткие, поэтому отклоняются от этих значений. В более общем смысле, остатки в длинных 3 10 -спиралях принимают двугранные углы, такие что двугранный угол ψ одного остатка и двугранный угол φ следующего остатка в сумме составляют примерно −75°. Для сравнения, сумма двугранных углов для α-спирали составляет примерно −105°, тогда как для π-спирали она составляет примерно −125°. [17] : 45 

Общая формула для угла поворота Ω на остаток любой полипептидной спирали с транс -изомерами задается уравнением: [17] : 40 

и поскольку Ω  = 120° для идеальной спирали 3 10 , то φ и ψ должны быть связаны соотношением:

согласуется с наблюдаемым значением φ  +  ψ около −75°. [17] : 44 

Двугранные углы в спирали 3 10 относительно углов α-спирали можно объяснить короткими длинами этих спиралей – от 3 до 5 остатков в длину по сравнению с 10–12 остатками длин их современников α-спирали. 3 10 -спирали часто возникают при переходах, что приводит к типично коротким длинам остатков, которые приводят к отклонениям в их распределениях углов кручения основной цепи и, таким образом, к нерегулярностям. Их сети водородных связей искажены по сравнению с α-спиралями, что способствует их нестабильности, хотя частое появление 3 10 -спирали в природных белках демонстрирует их важность в переходных структурах. [19] [20]

Стабильность

Благодаря исследованиям, проведенным Мэри Карпен, Питером Де Хасетом и Кеннетом Нитом, [21] были обнаружены факторы частичной стабильности в 3 10 -спиралях. Спирали наиболее заметно стабилизируются остатком аспартата на неполярном N -конце, который взаимодействует с амидной группой на спиральном N -колпачке. Это электростатическое взаимодействие стабилизирует пептидные диполи в параллельной ориентации. Подобно смежным спиральным водородным связям, которые стабилизируют α-спирали, высокие уровни аспартата столь же важны для выживания 3 10 -спирали. Высокая частота аспартата как в 3 10 -спирали, так и в α-спиралях указывает на его инициацию спирали, но в то же время предполагает, что он способствует стабилизации 3 10 -спирали, ингибируя распространение α-спиралей. [21]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcd Эйзенберг, Дэвид (2003). «Открытие α-спирали и β-слоя, основных структурных особенностей белков». Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100 (20): 11207–11210. Bibcode :2003PNAS..10011207E. doi : 10.1073/pnas.2034522100 . PMC  208735 . PMID  12966187.
  2. ^ ab Bragg, Lawrence ; Kendrew, JC ; Perutz, MF (1950). «Конфигурации полипептидной цепи в кристаллических белках». Proc. R. Soc. A . 203 (1074): 321–357. Bibcode :1950RSPSA.203..321B. doi :10.1098/rspa.1950.0142.
  3. ^ ab Pauling, Linus ; Corey, Robert B. ; Branson, Herman R. (1951). «Структура белков: две водородно-связанные спиральные конфигурации полипептидной цепи». Proc. Natl. Acad. Sci. USA 34 (4): 205–211. Bibcode :1951PNAS...37..205P. doi : 10.1073/pnas.37.4.205 . PMC 1063337 . PMID  14816373.  
  4. ^ Полинг, Линус ; Кори, Роберт Б. (1951). «Плиссированный лист, новая конфигурация слоев полипептидных цепей». Proc. Natl. Acad. Sci. USA 37 (5): 251–256. Bibcode :1951PNAS...37..251P. doi : 10.1073/pnas.37.5.251 . PMC 1063350 . PMID  14834147.  
  5. ^ Уотсон, Джеймс Д .; Крик, Фрэнсис ХК (1953). «Молекулярная структура нуклеиновых кислот: структура дезоксирибозонуклеиновой кислоты». Nature . 171 (4356): 737–738. Bibcode : 1953Natur.171..737W. doi : 10.1038/171737a0. PMID  13054692.
  6. ^ ab Perutz, Max F. (1998). Я хотел бы, чтобы вы рассердились раньше: эссе о науке, ученых и человечестве . Plainview: Cold Spring Harbor Laboratory Press . ISBN 9780879696740.
  7. ^ Перуц, Макс Ф. (1951). «Новые рентгеновские доказательства конфигурации полипептидных цепей: полипептидные цепи в поли-γ-бензил-L-глутамате, кератине и гемоглобине». Nature . 167 (4261): 1053–1054. Bibcode :1951Natur.167.1053P. doi :10.1038/1671053a0. PMID  14843172. S2CID  4186097.
  8. ^ ab Kendrew, JC ; Bodo, G.; Dintzis, HM; Parrish, RG; Wyckoff, H.; Phillips, DC (1958). "Трехмерная модель молекулы миоглобина, полученная с помощью рентгеновского анализа". Nature . 181 (4610): 662–666. Bibcode :1958Natur.181..662K. doi :10.1038/181662a0. PMID  13517261. S2CID  4162786.
  9. ^ Перуц, Макс Ф .; Россманн, МГ; Куллис, Энн Ф.; Мьюирхед, Хилари; Уилл, Георг (1960). «Структура гемоглобина: трехмерный синтез Фурье с разрешением 5,5 Å, полученный с помощью рентгеновского анализа». Nature . 185 (4711): 416–422. Bibcode :1960Natur.185..416P. doi :10.1038/185416a0. PMID  18990801. S2CID  4208282.
  10. ^ Перуц, Макс Ф. (1964). «Молекула гемоглобина». Sci. Am. 211 (5): 64–76. Bibcode :1964SciAm.211e..64P. doi :10.1038/scientificamerican1164-64. PMID  14224496.
  11. ^ Перуц, Макс Ф. (1997). Наука — это не спокойная жизнь: разгадка атомного механизма гемоглобина . Лондон: World Scientific Publishing . ISBN 9789810230579.
  12. ^ Muirhead, Hilary; Cox, Joyce M.; Mazzarella, L.; Perutz, Max F. (1967). «Структура и функция гемоглобина: III. Трехмерный синтез Фурье человеческого дезоксигемоглобина с разрешением 5,5 Å». J. Mol. Biol. 28 (1): 117–156. doi :10.1016/S0022-2836(67)80082-2. PMID  6051747.
  13. ^ Болтон, В.; Кокс, Дж. М.; Перуц, М. Ф. (1968). «Структура и функция гемоглобина: IV. Трехмерный синтез Фурье лошадиного дезоксигемоглобина с разрешением 5,5 Å». J. Mol. Biol. 33 (1): 283–297. doi :10.1016/0022-2836(68)90294-5. PMID  5646648.
  14. ^ Perutz, MF ; Muirhead, Hilary; Cox, Joyce M.; Goaman, LCG; Mathews, FS; McGandy, EL; Webb, LE (1968). "Трехмерный синтез Фурье лошадиного оксигемоглобина при 2,8 Å: рентгеновский анализ". Nature . 219 (5149): 29–32. Bibcode : 1968Natur.219..131P. doi : 10.1038/219131a0. ISBN 9789814498517. PMID  5659617. S2CID  1383359.
  15. ^ Perutz, MF ; Muirhead, Hilary; Cox, Joyce M.; Goaman, LCG (1968). "Трехмерный синтез Фурье лошадиного оксигемоглобина при разрешении 2,8 Å: атомная модель". Nature . 219 (5150): 131–139. Bibcode : 1968Natur.219..131P. doi : 10.1038/219131a0. ISBN 9789814498517. PMID  5659637. S2CID  1383359.
  16. ^ Тонлоло, Клаудио; Бенедетти, Этторе (1991). «Полипептид 3 10 -спираль». Trends Biochem. Sci. 16 (9): 350–353. doi :10.1016/0968-0004(91)90142-I. PMID  1949158.
  17. ^ abcdef Зорко, Матяж (2010). «Структурная организация белков». В Лангеле, Юло; Краватт, Бенджамин Ф .; Греслунд, Астрид; фон Хейне, Гуннар ; Земля, Тийт; Ниссен, Шерри; Зорко, Матяж (ред.). Введение в пептиды и белки . Бока-Ратон: CRC Press . стр. 36–57. ISBN 9781439882047.
  18. ^ Виейра-Пирес, Рикарду Симау; Мораиш-Кабрал, Жоау Энрике (2010). «310 спиралей в каналах и других мембранных белках». Дж. Генерал Физиол. 136 (6): 585–592. дои : 10.1085/jgp.201010508. ПМК 2995148 . ПМИД  21115694.  
  19. ^ ab Армен, Роджер; Алонсо, Дарвин OV; Даггетт, Валери (2003). «Роль α-, 310- и π-спиралей в переходах спираль → клубок». Protein Sci. 12 (6): 1145–1157. doi :10.1110/ps.0240103. PMC 2323891 . PMID  12761385.  
  20. ^ Рол, Кэрол А.; Дойг, Эндрю Дж. (1996). «Модели для переходов 310-спираль/спираль, π-спираль/спираль и α-спираль/310-спираль/спираль в изолированных пептидах». Protein Sci. 5 (8): 1687–1696. doi :10.1002/pro.5560050822. PMC 2143481 . PMID  8844857.  
  21. ^ ab Карпен, Мэри Э.; Де Хасет, Питер Л.; Нит, Кеннет Э. (1992). «Различия в распределении аминокислот в 310-спиралях и α-спиралях». Protein Sci. 1 (10): 1333–1342. doi :10.1002/pro.5560011013. PMC 2142095 . PMID  1303752.  

Другие чтения