Helix de poliprolină

O spirală de poliprolină este un tip de  structură secundară a proteinei care apare în secvențe de aminoacizi care conțin resturi repetate de prolină [1] . Helixul stâng al poliprolinei II ( PPII , poli-Pro II ) se formează atunci când toate reziduurile consecutive de aminoacizi au unghiuri diedrice (φ, ψ) ale lanțului principal de aproximativ (-75°, 150°) și au izomeri trans a legăturilor lor peptidice . Această conformație PPII este, de asemenea, caracteristică proteinelor și polipeptidelor cu alți aminoacizi decât prolina. În mod similar, spirala dreaptă mai compactă a poliprolinei I ( PPI , poli-Pro I ) se formează atunci când toate reziduurile succesive iau unghiuri diedrice (φ, ψ) ale coloanei vertebrale la aproximativ (-75°, 160°) și au cis . izomerii legăturilor lor peptidice . Din cei douăzeci de aminoacizi obișnuiți care se găsesc în mod natural , numai prolina este probabil să accepte izomerul cis al legăturii peptidice , în special legătura peptidică X- Pro ; factorii sterici și electronici favorizează în mare măsură izomerul trans în majoritatea celorlalte legături peptidice. Cu toate acestea, legăturile peptidice care înlocuiesc prolina cu un alt aminoacid N -substituit (cum ar fi sarcozina ) pot prelua și izomerul cis .

Polyproline II helix

Helixul PPII este definit de unghiurile diedrice (φ, ψ) ale coloanei vertebrale aproximativ (-75°, 150°) și de izomerii trans ai legăturilor peptidice . Unghiul de rotație Ω per rest al oricărei spirale polipeptidice cu izomeri trans este determinat de ecuație

Înlocuirea unghiurilor diedrice poli-Pro II (φ, ψ) în această ecuație dă aproape exact Ω = -120°, adică elica PPII este o spirală stângă (pentru că Ω este negativ) cu trei resturi pe rotație (360) °/120° = 3) . Deplasarea lanțului per reziduu este de aproximativ 3,1 Å . Această structură este oarecum similară cu cea a proteinei fibroase de colagen , care constă în principal din prolină, hidroxiprolină și glicină . Helicile PPII se leagă în mod specific la domeniile SH3 ; această legare este importantă pentru multe interacțiuni proteină-proteină și chiar pentru interacțiunile dintre domeniile aceleiași proteine.

Elica PPII este relativ deschisă și nu are legături interne de hidrogen , spre deosebire de structurile secundare elicoidale mai comune, α-helix și rudele sale 3 10 - helix și π-helix și β-helix . Atomii de azot și oxigen ai amidei sunt prea îndepărtați unul de celălalt (aproximativ 3,8 Å) și orientați incorect pentru legăturile de hidrogen. Mai mult, ambii acești atomi sunt acceptori de legături de hidrogen în prolină; nu există donor de legătură H datorită lanțului lateral ciclic.

Unghiurile diedrice ale coloanei vertebrale precum cele ale PPII (-75°, 150°) sunt adesea observate în proteine, chiar și pentru alții aminoacizi decât prolina [2] . Locul Ramachandran este foarte populat în regiunea PPII, în comparație cu regiunea beta de lângă (-135°, 135°). De exemplu, diedrele de coloană vertebrală PPII sunt adesea observate pe rând, cel mai frecvent în primul reziduu al unei ture β de tip II . Unghiurile diedrice „imagine în oglindă” ale coloanei vertebrale PPII (75°, -150°) sunt rare, cu excepția polimerilor aminoacidului achiral glicină . Analogul helixului poli-Pro II din poliglicină se numește helix poli-Gly II . Unele proteine, cum ar fi proteina antigel Hypogastrura harveyi , sunt compuse din mănunchiuri de elice de poliglicină II bogate în glicină [3] . Această proteină remarcabilă, a cărei structură tridimensională este cunoscută [4] , are spectre RMN unice și este stabilizată prin dimerizare și 28 de legături de hidrogen Cα-H··O=C [5] . Helixul PPII nu este caracteristic proteinelor transmembranare , iar această structură secundară nu traversează membranele lipidice in vivo. În 2018, un grup de cercetători din Germania a construit și observat experimental primul helix transmembranar PPII format din peptide artificiale special concepute [6] [7] .

Polyproline I helix

Helixul poli-Pro I este mult mai dens decât elica PPII datorită izomerilor cis ai legăturilor sale peptidice . Este, de asemenea, mai puțin frecventă decât conformația PPII, deoarece izomerul cis are o energie de activare mai mare decât trans . Unghiurile sale tipice diedrice (-75°, 160°) sunt apropiate, dar nu identice cu cele ale helixului PPII. Cu toate acestea, helixul PPI este un helix dreptaci și este înfășurat mai strâns, cu aproximativ 3,3 reziduuri pe tură (mai degrabă decât 3). Deplasarea per reziduu în spirala PPI este, de asemenea, mult mai mică, aproximativ 1,9 Å . Din nou, nu există legături interne de hidrogen în helixul poli-Pro I, atât din cauza lipsei unui atom de legături de hidrogen donor, cât și pentru că atomii de azot și oxigen din amidă sunt prea îndepărtați unul de celălalt (din nou cu aproximativ 3,8 Å ) și orientați greșit.

Proprietăți structurale

În mod tradițional, PPII a fost considerat relativ rigid și a fost folosit ca „riglă moleculară” în biologia structurală, de exemplu pentru calibrarea măsurătorilor de eficiență FRET. Cu toate acestea, studiile experimentale și teoretice ulterioare au pus la îndoială această imagine a peptidei poliproline ca o „tijă rigidă” [8] [9] . Studii ulterioare folosind spectroscopie terahertz și calcule ale teoriei funcționale a densității au arătat că poliprolina este de fapt mult mai puțin rigidă decât se credea inițial [10] . Interconversiile formelor elicoidale ale poliprolinei PPII și PPI apar lent datorită energiei mari de activare a izomerizării cis-trans a X-Pro (E a ​​≈ 20 kcal/mol); totuși, această interconversie poate fi catalizată de izomeraze specifice cunoscute sub numele de izomeraze prolil hidroxilaze sau PPIaze. Interconversia dintre elicele PPII și PPI implică izomerizarea legăturii peptidice cis-trans de- a lungul lanțului peptidic. Studiile bazate pe spectrometria de mobilitate ionică au arătat prezența unui anumit set de intermediari în acest proces [11] .

Vezi și

• α-helix
• 3 10 spirală
• β-helix

Note

1. ↑ Adzhubei, Alexei A. (2013). „Polyproline-II Helix în proteine: structură și funcție”. Jurnalul de Biologie Moleculară . 425 (12): 2100-2132. DOI : 10.1016/j.jmb.2013.03.018 . ISSN  0022-2836 . PMID23507311  . _
2. ↑ Adzhubei, Alexei A. (1993). „Elicele de poliprolină II stângaci apar frecvent în proteinele globulare.” Jurnalul de Biologie Moleculară . 229 (2): 472-493. DOI : 10.1006/jmbi.1993.1047 . ISSN  0022-2836 . PMID  8429558 .
3. ↑ Davies, Peter L. (21.10.2005). Proteine ​​antigel bogate în glicină din purici de zăpadă. stiinta _ _ ]. 310 (5747): 461. doi : 10.1126 /science.1115145 . ISSN  0036-8075 . PMID  16239469 .
4. ↑ Pentelute, Brad L. (01.07.2008). „Structura cu raze X a proteinei antigel pentru purici de zăpadă determinată prin cristalizarea racemică a enantiomerii proteinelor sintetice.” Jurnalul Societății Americane de Chimie . 130 (30): 9695-9701. DOI : 10.1021/ja8013538 . ISSN  0002-7863 . PMID  18598029 .
5. ↑ Treviño, Miguel Ángel (15.11.2018). „Amprenta RMN singulară a unui pachet elicoidal de poliprolină II.” Jurnalul Societății Americane de Chimie ]. 140 (49): 16988-17000. doi : 10.1021/ jacs.8b05261 . PMID 30430829 . 
6. ↑ Kubyshkin, Vladimir (2018). „Elix de poliprolină transmembranară”. Jurnalul de scrisori de chimie fizică ]. 9 (9): 2170-2174. doi : 10.1021/ acs.jpclett.8b00829 . PMID29638132 . _ 
7. ↑ Kubyshkin, Vladimir (2019). „Grosimea bistratului determină alinierea modelului de elice de poliprolină în membranele lipidice.” chimie fizică fizică chimică ]. 21 (40): 22396-22408. Cod biblic : 2019PCCP ...2122396K . DOI : 10.1039/c9cp02996f . PMID  31577299 .
8. ↑ S. Doose, H. Neuweiler, H. Barsch și M. Sauer, Proc. Natl. Acad. sci. STATELE UNITE ALE AMERICII. 104, 17400 (2007)
9. ↑ M. Moradi, V. Babin, C. Roland, T. A. Darden și C. Sagui, Proc. Natl. Acad. sci. STATELE UNITE ALE AMERICII. 106, 20746 (2009)
10. ↑ M.T. Ruggiero, J. Sibik, J.A. Zeitler și T.M. Korter, Agnew. Chemi. Int. Ed. 55, 6877 (2016)
11. ↑ El-Baba, Tarick J. (2019). „Medierea cu solvent a conformațiilor peptidelor: structurile poliprolinei în apă, metanol, etanol și 1-propanol, determinate de spectrometria mobilității ionilor-spectrometrie de masă.” Jurnalul Societății Americane pentru Spectrometrie de Masă ]. 30 (1): 77-84. Cod biblic : 2019JASMS..30 ...77E . DOI : 10.1007/s13361-018-2034-7 . PMID  30069641 .