Bobina elicoidal este un motiv structural în proteine în care 2-7 [1] elice alfa sunt înfăşurate împreună ca fire de frânghie. ( Dimerii și trimerii sunt cele mai comune tipuri.) Multe proteine în spirală sunt implicate în funcții biologice importante, cum ar fi reglarea expresiei genelor - de exemplu, factorii de transcripție . Exemple proeminente sunt oncoproteinele c-Fos și c-jun și proteina musculară tropomiozina .
Capacitatea de a forma bobine elicoidale pentru α - keratina a fost inițial oarecum controversată. Linus Pauling și Francis Crick au concluzionat în mod independent că era posibil în aceeași perioadă. În vara lui 1952, Pauling a vizitat laboratorul din Anglia unde lucra Crick. Pauling și Crick s-au întâlnit și au discutat pe diverse subiecte; la un moment dat, Crick a întrebat dacă Pauling a luat în considerare „spirele spirale” (Crick a inventat termenul), la care Pauling a răspuns că a făcut-o. La întoarcerea sa în Statele Unite, Pauling a reluat cercetările pe această temă. El a ajuns la concluzia că bobinele spiralate au existat și a trimis un manuscris lung revistei Nature în octombrie . Fiul lui Pauling, Peter Pauling, a lucrat în același laborator cu Crick și i-a spus despre acest raport. Crick a crezut că Pauling i-a furat ideea și a trimis un bilet mai scurt către Nature la câteva zile după ce a primit manuscrisul lui Pauling. În cele din urmă, după unele controverse și corespondență frecventă, laboratorul lui Crick a declarat că ideea a fost ajunsă independent de ambii cercetători și că nu a avut loc niciun furt intelectual [2] . În nota sa (care a fost publicată prima dată datorită lungimii mai scurte), Crick a propus o bobină elicoidală, precum și metode matematice pentru determinarea structurii lor [3] . Este de remarcat faptul că acest lucru s-a întâmplat la scurt timp după ce Linus Pauling și colegii săi au propus structura helixului alfa în 1951 [4] . Aceste studii au fost publicate în absența informațiilor despre secvența keratinei. Primele secvențe de keratină au fost identificate de Hanukoglu și Fuchs în 1982 [5] [6]
Pe baza predicției secvenței și a analizei structurii secundare, au fost identificate domeniile elicoidale de keratina [6] . Aceste modele au fost confirmate prin analiza structurală a domeniilor elicoidale ale keratinelor [7] .
Bobinele elicoidale conțin de obicei un model hxxhcxc repetat de reziduuri de aminoacizi hidrofobe ( h ) și încărcate ( c ) , numit repetiție heptad [8] . Pozițiile din repetarea heptadei sunt de obicei notate abcdefg , unde a și d sunt poziții hidrofobe ocupate adesea de izoleucină , leucină sau valină . Plierea secvenței cu acest motiv repetitiv într-o structură secundară alfa-helidian are ca rezultat prezentarea reziduurilor hidrofobe ca o „bandă” care se înfășoară ușor în jurul helixului într-o manieră stângă, formând o structură amfipatică . Cea mai favorabilă modalitate de a plasa două astfel de elice în mediul plin cu apă al citoplasmei este înfășurarea lanțurilor hidrofobe una peste alta, prinse între aminoacizi hidrofili . Astfel, îngroparea suprafețelor hidrofobe este cea care oferă forța motrice termodinamică pentru oligomerizare. Ambalarea la interfața helix-helix este extrem de densă, cu un contact aproape complet van der Waals între lanțurile laterale ale reziduurilor a și d. Acest ambalaj strâns a fost prezis inițial de Francis Crick în 1952 [3] și se numește „înfundarea mânerelor în găuri”.
Elicele α pot fi paralele sau anti-paralele și au de obicei o superhelix stânga (Fig. 1). Mai multe bobine elicoidale drepte au fost de asemenea observate în natură și în proteinele modificate [9] .
Intrarea virală în celulele CD4-pozitive începe atunci când cele trei subunități ale glicoproteinei 120 ( gp120 ) se leagă de receptorul CD4 și co-receptor. Glicoproteina gp120 este strâns asociată cu trimerul gp41 prin interacțiunile van der Waals. Când gp120 se leagă de receptorul CD4 și co-receptor, o serie de modificări conformaționale în structură duc la disocierea gp120 și expunerea gp41 , în același timp ancorând secvența peptidei de fuziune a gp41 N-terminal în celula gazdă. . Mecanismul cu arc este responsabil pentru asigurarea faptului că membranele virusului și celulele sunt suficient de aproape una de cealaltă pentru a putea fuziona. Sursa mecanismului încărcat cu arc se află în gp41 expus , care conține două repetări heptad consecutive (HR1 și HR2) după peptida de fuziune la capătul N-terminal al proteinei. HR1 formează o bobină elicoidală trimerică paralelă în jurul căreia este înfășurată regiunea HR2, formând o structură trimer în ac de păr (sau fascicul cu șase helix), facilitând astfel fuziunea membranei prin apropierea membranelor. Virusul intră apoi în celulă și începe să se replice. Recent, au fost dezvoltați inhibitori derivați din HR2, cum ar fi Fuzeon (DP178, T-20) pentru a se lega de regiunea HR1 a gp41. Cu toate acestea, peptidele derivate din HR1 au o eficiență redusă de inhibare virală datorită tendinței acestor peptide de a se agrega în soluție. Himerele acestor peptide derivate din HR1 cu fermoare GCN4 leucină au fost dezvoltate și s-au dovedit a fi mai puternice decât Fuzeon , dar nu au intrat încă în practica clinică.
Datorită interacțiunii lor specifice, bobinele elicoidale pot fi folosite ca „etichete” pentru a stabiliza sau a oferi o stare specifică de oligomerizare [10] . S-a descoperit că interacțiunea bobinei elicoidale conduce la oligomerizarea subunităților BBS2 și BBS7 [ 11 ] [12] .
Problema generală de a decide asupra structurii pliate a unei proteine având în vedere o anumită secvență de aminoacizi (așa-numita problemă de pliere a proteinei ) nu a fost rezolvată. Cu toate acestea, bobina elicoidală este una dintr-un număr relativ mic de motive de pliere pentru care relația dintre secvența și structura finală de pliere este relativ bine înțeleasă [13] [14] . Harbury şi colab. a efectuat un studiu de reper folosind bobina elicoidal arhetipală, GCN4, în care au fost stabilite reguli care guvernează modul în care secvența peptidei afectează starea oligomerică (adică numărul de elice alfa din ansamblul final) [15] [16] . Bobina elicoidal GCN4 este o bobină elicoidală de 31 de aminoacizi (corespunzând la puțin peste patru heptade ) paralelă, dimerică (adică compusă din două elice alfa ) și are o bobină elicoială care se repetă izoleucină (sau I în codul cu o literă ) și leucină (L ). ) în pozițiile a și , respectiv, d și formează o bobină elicoidală dimerică. Când aminoacizii din pozițiile a și d au fost modificați de la I la a și L la d la I la a și I la d , s-a format o bobină elicoială trimerică (trei elice alfa ). De asemenea, comutarea pozițiilor L la a și de la I la d a dus la o bobină elicoidală tetramerică (patru helix alfa ). Acestea reprezintă un set de reguli pentru determinarea stărilor oligomerice ale unei bobine elicoidale și permit oamenilor de știință să investigheze eficient comportamentul oligomerizării. Un alt aspect al ansamblului bobinei elicoidale care este relativ bine înțeles, cel puțin în cazul bobinelor elicoidale dimerice, este că plasarea unui reziduu polar (în special asparagină , N) în poziții opuse inițiază un ansamblu elicoidal paralel. Acest efect se datorează unei legături de hidrogen autocomplementare între aceste resturi, care nu ar fi satisfăcută dacă N ar fi împerecheat, de exemplu, cu L pe helixul opus [17] .
Recent, Peacock, Picramenou și colegii săi au demonstrat că bobinele elicoidale pot fi auto-asamblate folosind ioni de lantanid(III) ca matrice, creând astfel noi agenți imagistici [18] .
| Structura secundară a unei proteine | ||
|---|---|---|
| Spirale | ||
| Extensii |
| |
| Structură super secundară | ||