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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 proteína se extiende hacia arriba, es decir, su extremo N está en la parte inferior y su extremo C en la parte superior de la figura. Nótese 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 de proteínas presentes, la hélice 3 10 es el cuarto tipo más común observado; después de las hélices α , las láminas β y los giros inversos . Las hélices 3 10 constituyen casi el 10-15% de todas las hélices en las estructuras secundarias de proteínas, y generalmente 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 de manera constante, se ha propuesto que la hélice 3 10 sirve 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 observador, espaciados aproximadamente 120° entre sí 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 esquiva hélice 3 10 . [1] Junto con Lawrence Bragg y John Kendrew , Perutz publicó una exploración de las configuraciones de la cadena polipeptídica en 1950, basada en pistas de datos de difracción no cristalinos, 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. El año siguiente, Linus Pauling predijo ambos motivos, la hélice alfa [3] y la lámina beta , [4] en un trabajo que ahora se compara en importancia [1] con la publicación de la doble hélice del ADN de Francis Crick y James D. Watson . [5] Pauling criticó duramente las estructuras helicoidales propuestas por Bragg, Kendrew y Perutz, y adoptó un tono triunfal al declarar que todas ellas eran inverosímiles. [1] [3] Perutz describe en su libro Ojalá te hubiera hecho enojar antes [6] la experiencia de leer el artículo de Pauling un sábado por la mañana:

Me quedé atónito con el artículo de Pauling y Corey. A diferencia de las hélices de Kendrew y las mías, las suyas estaban libres 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 haberla pasado por alto?

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

Más tarde ese día, a Perutz se le ocurrió una idea para un experimento que confirmara el modelo de Pauling, y corrió al laboratorio para llevarlo a cabo. En 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, válidos para la hélice 3 10 , incluían: [2]

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

Ahora se sabe que la hélice 3 10 es la tercera estructura principal que se presenta en las proteínas globulares , después de la hélice α y la lámina β. [16] Casi siempre son secciones cortas, con casi el 96% que 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 del voltaje en el dominio transmembrana de ciertas proteínas helicoidales. [18]

Estructura

Los aminoácidos en una hélice 3 10 están dispuestos en una estructura helicoidal dextrógira . Cada aminoácido corresponde a un giro de 120° en la hélice (es decir, la hélice tiene tres residuos por giro), y una traslación de 2,0 Å (0,20 nm) a lo largo del eje helicoidal, 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 i  + 3 →  i repetido define una hélice 3 10. Estructuras similares incluyen la hélice α ( enlace de hidrógeno i  + 4 →  i ) y la hélice π ( enlace de hidrógeno i  + 5 →  i) . [17] : 44–45  [19]

Los residuos en hélices 3 10 largas adoptan ángulos diedros ( φ ,  ψ ) cercanos a (−49°, −26°). Muchas hélices 3 10 en proteínas son cortas, por lo que se desvían de estos valores. De manera más general, los residuos en hélices 3 10 largas adoptan ángulos diedros tales que el ángulo diedro ψ de un residuo y el ángulo diedro φ del siguiente residuo suman aproximadamente −75°. A modo de comparación, la suma de los ángulos diedros para una hélice α es aproximadamente −105°, mientras que para 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 como Ω  = 120° para una hélice ideal de 3 x 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 diedros en la hélice 3 10 , en relación con los de la hélice α, podrían atribuirse a las longitudes cortas de estas hélices, de entre 3 y 5 residuos de longitud, en comparación con las longitudes de 10 a 12 residuos de sus contemporáneas de hélice α. Las hélices 3 10 , a menudo, surgen en transiciones, lo que conduce a longitudes de residuos típicamente cortas que resultan en desviaciones en sus distribuciones de ángulos de torsión de la cadena principal y, por lo tanto, 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 proteínas naturales demuestra su importancia en las estructuras de transición. [19] [20]

Estabilidad

A través de la investigación llevada a cabo por Mary Karpen, Pieter De Haseth y Kenneth Neet, [21] se descubrieron factores en la estabilidad parcial de las hélices 3 10 . Las hélices se estabilizan de manera más notable por 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 altos niveles de aspartato son igualmente importantes en la supervivencia de la hélice 3 10 . La alta frecuencia de aspartato tanto en la hélice 3 10 como en las hélices 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]

Véase también

Referencias

  1. ^ abcd Eisenberg, David (2003). "El descubrimiento de la hélice α y la lámina β, las principales características estructurales de las proteínas". Proc. Natl. 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). "Configuraciones de cadenas polipeptídicas en proteínas cristalinas". 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). "La estructura de las proteínas: Dos configuraciones helicoidales unidas por enlaces de hidrógeno de la cadena polipeptídica". Proc. Natl. Sci. USA 34 (4): 205–211. Bibcode :1951PNAS...37..205P. doi : 10.1073/pnas.37.4.205 . PMC 1063337 . PMID  14816373.  
  4. ^ Pauling, Linus ; Corey, Robert B. (1951). "La lámina plegada, una nueva configuración de capas de cadenas polipeptídicas". Proc. Natl. Sci. USA 37 (5): 251–256. Bibcode :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 desoxirribonucleico". Nature . 171 (4356): 737–738. Bibcode :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: Cold Spring Harbor Laboratory Press . 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". 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). "Un modelo tridimensional de la molécula de mioglobina obtenida mediante análisis de rayos X". Nature . 181 (4610): 662–666. Bibcode :1958Natur.181..662K. doi :10.1038/181662a0. PMID  13517261. S2CID  4162786.
  9. ^ Perutz, Max F .; Rossmann, MG; Cullis, Ann F.; Muirhead, Hilary; Will, Georg (1960). "Estructura de la hemoglobina: una síntesis de Fourier tridimensional con una resolución de 5,5 Å, obtenida mediante análisis de rayos X". Nature . 185 (4711): 416–422. Bibcode :1960Natur.185..416P. doi :10.1038/185416a0. PMID  18990801. S2CID  4208282.
  10. ^ Perutz, Max F. (1964). "La molécula de hemoglobina". Sci. Am. 211 (5): 64–76. Bibcode :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 tridimensional de Fourier de la desoxihemoglobina humana a 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 la 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.; Goaman, LCG; Mathews, FS; McGandy, EL; Webb, LE (1968). "Síntesis tridimensional de Fourier de oxihemoglobina de caballo a 2,8 Å: análisis de rayos X". Nature . 219 (5149): 29–32. Código Bibliográfico :1968Natur.219..131P. doi :10.1038/219131a0. ISBN 978-0-952-0-0 . 9789814498517. Número de identificación personal  5659617. Número de identificación personal  1383359.
  15. ^ Perutz, MF ; Muirhead, Hilary; Cox, Joyce M.; Goaman, LCG (1968). "Síntesis tridimensional de Fourier de oxihemoglobina de caballo a una resolución de 2,8 Å: el modelo atómico". Nature . 219 (5150): 131–139. Código Bibliográfico :1968Natur.219..131P. doi :10.1038/219131a0. ISBN 978-0-952-0-0 . 9789814498517. Número de identificación personal  5659637. Número de identificación personal  1383359.
  16. ^ Tonlolo, Claudio; Benedetti, Ettore (1991). "La hélice del polipéptido 3 10 ". Trends Biochem. Sci. 16 (9): 350–353. doi :10.1016/0968-0004(91)90142-I. PMID  1949158.
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Otras lecturas