Un ac de păr beta (uneori numit și panglică beta sau unitate beta beta ) este un motiv structural proteic simplu care include două fire beta care arată ca un ac de păr . Motivul constă din două fire adiacente în structura lor primară , orientate într-o direcție antiparalelă ( capătul N-terminal al unei frunze este adiacent cu capătul C-terminal al următoarei), conectate printr-o buclă scurtă de doi până la cinci aminoacizi . Accele de păr beta pot apărea izolat sau ca parte a unei serii de fire legate de hidrogen care formează împreună o foaie beta .
Investigatorii precum Francisco Blanco și colab. au folosit proteina RMN pentru a arăta că acurile de păr beta pot fi formate din peptide scurte izolate în soluție apoasă, sugerând că acele de păr pot forma locuri de nucleare pentru plierea proteinelor [1] .
Accele de păr beta au fost inițial clasificate numai după numărul de reziduuri de aminoacizi din secvențele lor bucle, așa că au fost numite cu un singur reziduu, cu două reziduuri etc. [2] Acest sistem, totuși, este oarecum ambiguu deoarece nu ia în considerare indiferent dacă reziduurile care semnalează sfârșitul acului de păr prin legături simple sau duble de hidrogen între ele. De atunci, Milner-White și Poet au propus o metodă îmbunătățită de clasificare [3] .
Acele de păr Beta sunt împărțite în patru clase distincte. Fiecare clasă începe cu cel mai mic număr posibil de reziduuri în buclă și crește progresiv dimensiunea buclei prin îndepărtarea legăturilor de hidrogen din foaia beta. Un ac de păr primar de clasa 1 este o buclă cu un singur reziduu în care reziduurile legate au două legături de hidrogen. O legătură de hidrogen este apoi îndepărtată, formând o buclă cu trei reziduuri, care este un ac de păr secundar de clasa 1. Reziduurile legate individual sunt numărate în secvență de buclă, dar semnalează și sfârșitul buclei, definind astfel acest ac de păr ca o buclă cu trei reziduuri. . Această legătură unică de hidrogen este apoi îndepărtată pentru a crea un ac de păr terțiar; o buclă de cinci reziduuri cu reziduuri dublu legate. Acest model continuă la nesfârșit și definește toate agrafele beta dintr-o clasă. Clasa 2 urmează același model, începând cu o buclă de două reziduuri cu reziduuri terminale care împărtășesc două legături de hidrogen. Clasa 3 începe cu trei reziduuri, iar clasa 4 începe cu patru reziduuri. Clasa 5 nu există, deoarece acest ac de păr de bază este deja definit în clasa 1. Această schemă de clasificare nu numai că ia în considerare diferitele grade de legături de hidrogen, ci vorbește și despre comportamentul biologic al acului de păr. O singură substituție de aminoacid poate rupe o anumită legătură de hidrogen, dar nu va inversa ac de păr și nu va schimba clasa sa. Pe de altă parte, inserțiile și delețiile de aminoacizi vor trebui să se desfășoare și să rearanjeze întregul lanț beta pentru a evita umflarea beta în structura secundară. Acest lucru va schimba clasa ac de păr în acest proces. Deoarece substituțiile sunt cele mai frecvente mutații de aminoacizi, o proteină poate suferi transformare fără a afecta funcționalitatea acului de păr beta [3] .
Înțelegerea mecanismului de pliere a microdomeniului poate ajuta la luminarea modelelor de pliere a proteinelor întregi . Cercetările referitoare la un ac de păr beta numit chignolin (vezi Chignolin în Proteopedia ) au dezvăluit un proces de pliere treptat care conduce ac de păr beta. Acest ac de păr împărtășește caracteristicile secvenței cu peste 13.000 de ac de păr cunoscute și, prin urmare, poate servi ca model mai general pentru formarea acelor de păr beta. Formarea unei regiuni de viraj nativ semnalează începutul cascadei de pliere, unde virajul nativ este cel prezent în structura de pliere finală.
La plierea tuturor proteinelor, întoarcerea poate apărea nu în zona turnului nativ, ci în lanțul C al acului de păr beta. Această viraj apoi se propagă prin catena C (catena beta care duce la capătul C-terminal) până când ajunge în regiunea turnului nativ. Uneori , interacțiunile reziduurilor care conduc la regiunea turnului nativ sunt prea puternice, determinând desfășurarea acesteia. Cu toate acestea, odată ce se formează un viraj nativ, interacțiunile dintre proline și reziduurile de triptofan (văzute în imaginea din dreapta) din regiune ajută la stabilizarea virajului, prevenind „retroducerea” sau desfășurarea.
Cercetătorii sunt de părere că întoarcerile nu apar în catena N din cauza rigidității crescute (care este adesea cauzată de prolina care duce la regiunea nativă de întoarcere) și a mai puține variații conformaționale. Formarea bobinei inițiale are loc în aproximativ 1 μs. Odată stabilită virajul inițial, au fost propuse două mecanisme cu privire la modul în care restul acului de păr beta se pliază: colapsul hidrofob cu rearanjamente ale nivelului lanțului lateral sau mecanismul mai convențional asemănător fermoarului [4] .
Motivul buclei β-ac de păr poate fi găsit în multe proteine macromoleculare. Cu toate acestea, agrafele de păr β mici și simple pot exista singure. Pentru a vedea acest lucru clar, proteina domeniului Pin1 este prezentată ca exemplu în stânga.
Proteinele bogate în stratul β, numite și domenii WW , funcționează prin atașarea la peptide bogate în prolină și/sau fosforilate, mediand interacțiunile proteină-proteină . „WW” se referă la două resturi de triptofan (W) care sunt conservate în secvență și promovează plierea foilor β pentru a forma un miez hidrofob mic [5] . Reziduurile de triptofan pot fi văzute mai jos (dreapta) cu roșu.
Această enzimă își leagă ligandul prin forțele van der Waals ale triptofanilor conservați și regiunilor bogate în prolină ale ligandului. Alți aminoacizi se pot lega apoi de miezul hidrofob al structurii β-ac de păr pentru a asigura o legare fiabilă [6] .
De asemenea, este obișnuit să se găsească reziduuri de prolină în porțiunea buclă a acului de păr β, deoarece acest aminoacid este rigid și favorizează formarea bobinei. Aceste reziduuri de prolină pot fi văzute ca lanțuri laterale roșii în imaginea domeniului Pin1 WW de mai jos (stânga).
Proiectarea peptidelor care adoptă o structură β-ac de păr (fără a se baza pe legarea metalelor, aminoacizi neobișnuiți sau legături încrucișate cu disulfură) a făcut progrese semnificative și a permis înțelegerea dinamicii proteinelor. Spre deosebire de α-helices , β-agrafele de păr nu sunt stabilizate printr-un model regulat de legături de hidrogen. Ca rezultat, încercările timpurii au necesitat cel puțin 20-30 de reziduuri de aminoacizi pentru a obține pliuri terțiare stabile β-ac de păr. Cu toate acestea, această limită inferioară a fost redusă la 12 aminoacizi datorită stabilității crescute datorită includerii perechilor de lanțuri încrucișate triptofan-triptofan. S-a demonstrat că două perechi de triptofan care nu leagă hidrogen se împerechează într-un motiv asemănător fermoarului, stabilizând structura β-ac de păr, permițându-i în același timp să rămână solubilă în apă . Structura RMN a β-peptidei cu fermoar triptofan (trpzip) arată efectul stabilizator al interacțiunilor favorabile dintre inelele indolice adiacente [7] .
Sinteza peptidelor trpzip β-ac de păr include comutatoare foto care facilitează controlul precis al plierii. Unii aminoacizi sunt la rândul lor înlocuiți cu azobenzen , care poate fi făcut să treacă de la trans la cis prin expunerea la lumină de 360 nm. Când fragmentul de azobenzen este în conformația cis, resturile de aminoacizi se aliniază corect, presupunând formarea unei ac de păr β. Cu toate acestea, conformația trans nu are geometria de viraj corectă pentru un ac de păr β [8] . Acest fenomen poate fi folosit pentru a studia dinamica conformațională a peptidelor folosind spectroscopie de absorbție în femtosecundă [8] .
| Structura secundară a unei proteine | ||
|---|---|---|
| Spirale | ||
| Extensii |
| |
| Structură super secundară | ||