stringtranslate.com

310 hélice

Vista lateral de una hélice 3 10 de residuos de alanina en detalle atómico . Dos enlaces de hidrógeno al mismo grupo peptídico están resaltados en magenta; la distancia oxígeno-hidrógeno es 1,83 Å (183 pm). La cadena de proteínas discurre hacia arriba, es decir, su extremo N está en la parte inferior y su extremo C en la parte superior de la figura. Tenga en cuenta que las cadenas laterales apuntan ligeramente hacia abajo , es decir, hacia el extremo N.

Una hélice 3 10 es un tipo de estructura secundaria que se encuentra en proteínas y polipéptidos. De las numerosas estructuras secundarias proteicas presentes, la hélice 3 10 es el cuarto tipo más común observado; siguiendo hélices α , láminas β y giros inversos . 3 10 -hélices constituyen casi el 10-15% de todas las hélices en las estructuras secundarias de proteínas y típicamente se observan como extensiones de las hélices α que se encuentran en sus extremos N o C. Debido a la tendencia de las hélices α a plegarse y desplegarse consistentemente, se ha propuesto que la hélice 3 10 sirva como una especie de conformación intermedia y proporciona información sobre el inicio del plegamiento de la hélice α.

Vista superior de la misma hélice que se muestra a la derecha. Tres grupos carbonilo apuntan hacia arriba, hacia el espectador, espaciados aproximadamente 120° en el círculo, lo que corresponde a 3,0 residuos de aminoácidos por vuelta de la hélice.

Descubrimiento

Max Perutz , director del Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica de la Universidad de Cambridge , escribió el primer artículo que documenta la elusiva hélice 3 10 . [1] Junto con Lawrence Bragg y John Kendrew , Perutz publicó una exploración de las configuraciones de las cadenas polipeptídicas en 1950, basada en señales de datos de difracción no cristalina, así como de estructuras cristalinas de moléculas pequeñas, como las cristalinas que se encuentran en el cabello. [2] Sus propuestas incluían lo que ahora se conoce como la hélice 3 10 , pero no incluían los dos motivos estructurales más comunes que ahora se sabe que ocurren. Al año siguiente, Linus Pauling predijo ambos motivos, la hélice alfa [3] y la hoja beta , [4] en un trabajo que ahora se compara en importancia [1] con la publicación de Francis Crick y James D. Watson del Doble hélice del ADN . [5] Pauling fue muy crítico con las estructuras helicoidales propuestas por Bragg, Kendrew y Perutz, adoptando un tono triunfal al declararlas todas inverosímiles. [1] [3] Perutz describe en su libro Ojalá te hubiera hecho enfadar antes [6] la experiencia de leer el artículo de Pauling un sábado por la mañana:

Me quedé estupefacto con el artículo de Pauling y Corey. A diferencia de las hélices de Kendrew y mías, la de ellos estaba libre de tensión; Todos los grupos amida eran planos y cada grupo carbonilo formaba un enlace de hidrógeno perfecto con un grupo amino cuatro residuos más adelante en la cadena. La estructura parecía perfecta. ¿Cómo pude habérmelo perdido?

—Max  Perutz , 1998, págs.173-175. [6]

Más tarde ese día, a Perutz se le ocurrió la idea de un experimento para confirmar el modelo de Pauling y corrió al laboratorio para llevarlo a cabo. En unas pocas horas, tenía la evidencia para confirmar la hélice alfa, que le mostró a Bragg a primera hora del lunes. [1] La confirmación de Perutz de la estructura de hélice alfa se publicó en Nature poco después. [7] Los principios aplicados en el artículo de 1950 a las estructuras polipeptídicas teóricas, aplicables a la hélice 3 10 , incluyeron: [2]

La hélice 3 10 fue finalmente confirmada por Kendrew en su estructura de la mioglobina de 1958 , [8] y también se encontró en la determinación de Perutz de 1960 de la estructura de la hemoglobina [9] [10] [11] y en trabajos posteriores sobre sus componentes desoxigenados. [12] [13] y formas oxigenadas. [14] [15]

Ahora se sabe que la hélice 3 10 es la tercera estructura principal que se encuentra en las proteínas globulares , después de la hélice α y la lámina β. [16] Casi siempre son secciones cortas, y casi el 96% contiene cuatro o menos residuos de aminoácidos, [17] : 44  que aparecen en lugares como las "esquinas" donde las hélices α cambian de dirección en la estructura de la mioglobina, por ejemplo. [8] Se han observado secciones más largas, en el rango de siete a once residuos, en el segmento sensor de voltaje de los canales de potasio dependientes de voltaje en el dominio transmembrana de ciertas proteínas helicoidales. [18]

Estructura

Los aminoácidos en una hélice 3 10 están dispuestos en una estructura helicoidal derecha . Cada aminoácido corresponde a un giro de 120° en la hélice (es decir, la hélice tiene tres residuos por vuelta) y una traslación de 2,0 Å (0,20 nm) a lo largo del eje de la hélice, y tiene 10 átomos en el anillo formado al hacer el enlace de hidrógeno. [17] : 39  Lo más importante es que el grupo NH de un aminoácido forma un enlace de hidrógeno con el grupo C=O del aminoácido tres residuos antes; este enlace de hidrógeno repetido i  + 3 →  i define una hélice 3 10 . Estructuras similares incluyen la hélice α ( i  + 4 →  i enlace de hidrógeno) y la hélice π i  + 5 →  i enlace de hidrógeno. [17] : 44–45  [19]

Los residuos en hélices largas de 3 10 adoptan ángulos diédricos ( φ ,  ψ ) cercanos a (−49°, −26°). Muchas hélices de 3 10 en las proteínas son cortas, por lo que se desvían de estos valores. De manera más general, los residuos en hélices largas de 3 10 adoptan ángulos diédricos tales que el ángulo diédrico ψ de un residuo y el ángulo diédrico φ del siguiente residuo suman aproximadamente −75 °. A modo de comparación, la suma de los ángulos diédricos de una hélice α es aproximadamente −105°, mientras que la de una hélice π es aproximadamente −125°. [17] : 45 

La fórmula general para el ángulo de rotación Ω por residuo de cualquier hélice polipeptídica con isómeros trans viene dada por la ecuación: [17] : 40 

y dado que Ω  = 120° para una hélice ideal 3 10 , se deduce que φ y ψ deben estar relacionados por:

consistente con el valor observado de φ  +  ψ cerca de −75 °. [17] : 44 

Los ángulos diédricos en la hélice 3 10 , en relación con los de la hélice α, podrían atribuirse a las cortas longitudes de estas hélices: entre 3 y 5 residuos de largo, en comparación con las longitudes de 10 a 12 residuos de sus contemporáneas de hélice α. . Las hélices de 3 10 a menudo surgen en las transiciones, lo que lleva a longitudes de residuos típicamente cortas que resultan en desviaciones en las distribuciones de los ángulos de torsión de la cadena principal y, por lo tanto, en irregularidades. Sus redes de enlaces de hidrógeno están distorsionadas en comparación con las hélices α, lo que contribuye a su inestabilidad, aunque la aparición frecuente de la hélice 3 10 en las proteínas naturales demuestra su importancia en las estructuras de transición. [19] [20]

Estabilidad

Las investigaciones de Mary Karpen, Pieter De Haseth y Kenneth Neet [21] revelaron factores de estabilidad parcial en 3 10 hélices. Las hélices se estabilizan más notablemente mediante un residuo de aspartato en el extremo N no polar que interactúa con el grupo amida en la tapa N helicoidal . Esta interacción electrostática estabiliza los dipolos peptídicos en una orientación paralela. Al igual que los enlaces de hidrógeno helicoidales contiguos que estabilizan las hélices α, los niveles elevados de aspartato son igualmente importantes para la supervivencia de la hélice 3 10 . La alta frecuencia de aspartato tanto en la hélice 3 10 como en la hélice α es indicativa de su iniciación de hélice, pero al mismo tiempo sugiere que favorece la estabilización de la hélice 3 10 al inhibir la propagación de las hélices α. [21]

Ver también

Referencias

  1. ^ abc Eisenberg, David (2003). "El descubrimiento de la hélice α y la lámina β, las principales características estructurales de las proteínas". Proc. Nacional. Acad. Ciencia. Estados Unidos 100 (20): 11207–11210. Código Bib : 2003PNAS..10011207E. doi : 10.1073/pnas.2034522100 . PMC  208735 . PMID  12966187.
  2. ^ ab Bragg, Lawrence ; Kendrew, JC ; Perutz, MF (1950). "Configuraciones de cadenas polipeptídicas en proteínas cristalinas". Proc. R. Soc. A . 203 (1074): 321–357. Código Bib : 1950RSPSA.203..321B. doi :10.1098/rspa.1950.0142.
  3. ^ ab Pauling, Linus ; Corey, Robert B .; Branson, Herman R. (1951). "La estructura de las proteínas: dos configuraciones helicoidales de la cadena polipeptídica unidas por enlaces de hidrógeno". Proc. Nacional. Acad. Ciencia. Estados Unidos 34 (4): 205–211. Código bibliográfico : 1951PNAS...37..205P. doi : 10.1073/pnas.37.4.205 . PMC 1063337 . PMID  14816373.  
  4. ^ Pauling, Linus ; Corey, Robert B. (1951). "La lámina plisada, una nueva configuración de capas de cadenas polipeptídicas". Proc. Nacional. Acad. Ciencia. Estados Unidos 37 (5): 251–256. Código bibliográfico : 1951PNAS...37..251P. doi : 10.1073/pnas.37.5.251 . PMC 1063350 . PMID  14834147.  
  5. ^ Watson, James D .; Crick, Francis HC (1953). "Estructura molecular de los ácidos nucleicos: una estructura para el ácido nucleico desoxirribosa". Naturaleza . 171 (4356): 737–738. Código Bib :1953Natur.171..737W. doi :10.1038/171737a0. PMID  13054692.
  6. ^ ab Perutz, Max F. (1998). Ojalá te hubiera hecho enojar antes: ensayos sobre ciencia, científicos y humanidad . Plainview: Prensa del laboratorio Cold Spring Harbor . ISBN 9780879696740.
  7. ^ Perutz, Max F. (1951). "Nueva evidencia de rayos X sobre la configuración de cadenas polipeptídicas: cadenas polipeptídicas en poli-γ-bencil-L-glutamato, queratina y hemoglobina". Naturaleza . 167 (4261): 1053–1054. Código Bib :1951Natur.167.1053P. doi :10.1038/1671053a0. PMID  14843172. S2CID  4186097.
  8. ^ ab Kendrew, JC ; Bodo, G.; Dintzis, HM; Parrish, RG; Wyckoff, H.; Phillips, CC (1958). "Un modelo tridimensional de la molécula de mioglobina obtenido mediante análisis de rayos X". Naturaleza . 181 (4610): 662–666. Código Bib :1958Natur.181..662K. doi :10.1038/181662a0. PMID  13517261. S2CID  4162786.
  9. ^ Perutz, Max F .; Rossmann, MG; Cullis, Ann F.; Muirhead, Hilary; Voluntad, Georg (1960). "Estructura de la hemoglobina: una síntesis de Fourier tridimensional con una resolución de 5,5 Å, obtenida mediante análisis de rayos X". Naturaleza . 185 (4711): 416–422. Código Bib :1960Natur.185..416P. doi :10.1038/185416a0. PMID  18990801. S2CID  4208282.
  10. ^ Perutz, Max F. (1964). "La molécula de hemoglobina". Ciencia. Soy. 211 (5): 64–76. Código bibliográfico : 1964SciAm.211e..64P. doi : 10.1038/scientificamerican1164-64. PMID  14224496.
  11. ^ Perutz, Max F. (1997). La ciencia no es una vida tranquila: desentrañando el mecanismo atómico de la hemoglobina . Londres: World Scientific Publishing . ISBN 9789810230579.
  12. ^ Muirhead, Hilary; Cox, Joyce M.; Mazzarella, L.; Perutz, Max F. (1967). "Estructura y función de la hemoglobina: III. Una síntesis de Fourier tridimensional de desoxihemoglobina humana con una resolución de 5,5 Å". J. Mol. Biol. 28 (1): 117-156. doi :10.1016/S0022-2836(67)80082-2. PMID  6051747.
  13. ^ Bolton, W.; Cox, JM; Perutz, MF (1968). "Estructura y función de la hemoglobina: IV. Una síntesis de Fourier tridimensional de desoxihemoglobina de caballo con una resolución de 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.; Goamán, LCG; Mateo, FS; McGandy, EL; Webb, LE (1968). "Síntesis de Fourier tridimensional de oxihemoglobina de caballo a 2,8 Å: análisis de rayos X". Naturaleza . 219 (5149): 29–32. Código Bib :1968Natur.219..131P. doi :10.1038/219131a0. ISBN 9789814498517. PMID  5659617. S2CID  1383359.
  15. ^ Perutz, MF ; Muirhead, Hilary; Cox, Joyce M.; Goaman, LCG (1968). "Síntesis de Fourier tridimensional de oxihemoglobina de caballo con una resolución de 2,8 Å: el modelo atómico". Naturaleza . 219 (5150): 131–139. Código Bib :1968Natur.219..131P. doi :10.1038/219131a0. ISBN 9789814498517. PMID  5659637. S2CID  1383359.
  16. ^ Tonlolo, Claudio; Benedetti, Ettore (1991). "El polipéptido 3 10 -hélice". Tendencias Bioquímica. Ciencia. 16 (9): 350–353. doi :10.1016/0968-0004(91)90142-I. PMID  1949158.
  17. ^ abcdef Zorko, Matjaž (2010). "Organización estructural de proteínas". En Langel, Ülo; Cravatt, Benjamín F .; Gräslund, Astrid; von Heijne, Gunnar ; Tierra, Tiit; Niessen, Jerez; Zorko, Matjaž (eds.). Introducción a los Péptidos y Proteínas . Boca Ratón: CRC Press . págs. 36–57. ISBN 9781439882047.
  18. ^ Vieira-Pires, Ricardo Simão; Morais-Cabral, João Henrique (2010). "310 hélices en canales y otras proteínas de membrana". J. Gen. Physiol. 136 (6): 585–592. doi :10.1085/jgp.201010508. PMC 2995148 . PMID  21115694.  
  19. ^ ab Armen, Roger; Alonso, Darwin OV; Daggett, Valerie (2003). "El papel de las hélices α, 310 y π en las transiciones de hélice → bobina". Ciencia de las proteínas. 12 (6): 1145-1157. doi :10.1110/ps.0240103. PMC 2323891 . PMID  12761385.  
  20. ^ Rohl, Carol A.; Doig, Andrew J. (1996). "Modelos para las transiciones 310 hélice/bobina, π-hélice/bobina y α-hélice/310-hélice/bobina en péptidos aislados". Ciencia de las proteínas. 5 (8): 1687–1696. doi :10.1002/pro.5560050822. PMC 2143481 . PMID  8844857.  
  21. ^ ab Karpen, María E.; De Haseth, Pieter L.; Neet, Kenneth E. (1992). "Diferencias en las distribuciones de aminoácidos de 310 hélices y hélices α". Ciencia de las proteínas. 1 (10): 1333-1342. doi :10.1002/pro.5560011013. PMC 2142095 . PMID  1303752.  

Otras lecturas