Una hélice pi (o hélice π ) es un tipo de estructura secundaria que se encuentra en las proteínas . Descubierta por la cristalógrafa Barbara Low en 1952 [1] y que alguna vez se creyó que era rara, las hélices π cortas se encuentran en el 15% de las estructuras proteínicas conocidas y se cree que son una adaptación evolutiva derivada de la inserción de un solo aminoácido en una hélice α . [2] Debido a que tales inserciones son altamente desestabilizadoras, [3] la formación de hélices π tendería a ser seleccionada en contra a menos que proporcione alguna ventaja funcional a la proteína. Por lo tanto, las hélices π se encuentran típicamente cerca de los sitios funcionales de las proteínas. [2] [4] [5] [6]
Los aminoácidos en una hélice π estándar están dispuestos en una estructura helicoidal dextrógira . Cada aminoácido corresponde a un giro de 87° en la hélice (es decir, la hélice tiene 4,1 residuos por giro) y una traslación de 1,15 Å (0,115 nm ) a lo largo del eje helicoidal. Lo más importante es que el grupo NH de un aminoácido forma un enlace de hidrógeno con el grupo C=O del aminoácido cinco residuos antes; este enlace de hidrógeno repetido i + 5 → i define una hélice π. Estructuras similares incluyen la hélice 3 10 ( enlace de hidrógeno i + 3 → i ) y la hélice α ( enlace de hidrógeno i + 4 → i ).
La mayoría de las hélices π tienen solo 7 residuos de longitud y adoptan ángulos diedros que se repiten regularmente ( φ , ψ ) a lo largo de toda la estructura, como los de las hélices α o las láminas β. Debido a esto, los libros de texto que brindan valores diedros únicos para todos los residuos en la hélice π son engañosos. Sin embargo, se pueden hacer algunas generalizaciones. Cuando se excluyen el primer y el último par de residuos, existen ángulos diedros tales que el ángulo diedro ψ de un residuo y el ángulo diedro φ del siguiente residuo suman aproximadamente −125°. El primer y el último par de residuos suman −95° y −105°, respectivamente. A modo de comparación, la suma de los ángulos diedros de una hélice 3 10 es aproximadamente -75°, mientras que la de la hélice α es aproximadamente -105°. La prolina se observa a menudo inmediatamente después del final de las hélices π. La fórmula general para el ángulo de rotación Ω por residuo de cualquier hélice polipeptídica con isómeros trans se da mediante la ecuación
En principio, es posible una versión levógira de la hélice π invirtiendo el signo de los ángulos diedros ( φ , ψ ) a (55°, 70°). Esta hélice pseudo-"imagen especular" tiene aproximadamente el mismo número de residuos por vuelta (4.1) y paso helicoidal (1.5 Å [150 pm]). No es una imagen especular verdadera, porque los residuos de aminoácidos todavía tienen una quiralidad levógira . Es poco probable que se observe una hélice π levógira larga en las proteínas porque, entre los aminoácidos naturales, solo la glicina es probable que adopte ángulos diedros φ positivos como 55°.
Los programas de asignación automática de estructura secundaria de uso común, como DSSP , sugieren que <1% de las proteínas contienen una hélice π. Esta caracterización errónea resulta del hecho de que las hélices π naturales suelen ser de longitud corta (de 7 a 10 residuos) y casi siempre están asociadas con (es decir, flanqueadas por) hélices α en cada extremo. Por lo tanto, casi todas las hélices π son crípticas en el sentido de que los residuos de la hélice π se asignan incorrectamente como hélices α o como "vueltas". Se han desarrollado programas recientemente para anotar correctamente las hélices π en las estructuras de las proteínas y se ha descubierto que 1 de cada 6 proteínas (alrededor del 15%) contienen de hecho al menos un segmento de hélice π. [2]
Las hélices π naturales se pueden identificar fácilmente en una estructura como un "bulto" dentro de una hélice α más larga. Anteriormente, se hacía referencia a estos bultos helicoidales como aneurismas α, bultos α, bultos π, giros anchos, bucles salientes y giros π, pero en realidad son hélices π, determinadas por sus enlaces de hidrógeno i + 5 → i repetidos. [2] La evidencia sugiere que estos bultos, o hélices π, se crean mediante la inserción de un solo aminoácido adicional en una hélice α preexistente. Por lo tanto, las hélices α y las hélices π se pueden interconvertir mediante la inserción y eliminación de un solo aminoácido. [2] [3] Dada la tasa relativamente alta de aparición de hélices π y su asociación notoria con sitios funcionales (es decir, sitios activos) de proteínas, esta capacidad de interconversión entre hélices α y hélices π ha sido un mecanismo importante de alteración y diversificación de la funcionalidad de las proteínas a lo largo de la evolución. [2]
Uno de los grupos más notables de proteínas cuya diversificación funcional parece haber sido fuertemente influenciada por tal mecanismo evolutivo es la superfamilia de las proteínas similares a la ferritina , que incluye ferritinas , bacterioferritinas , rubreritrinas , ribonucleótidos reductasas de clase I y metano monooxigenasas solubles . La metano monooxigenasa soluble es la poseedora actual del récord de mayor número de hélices π en una sola enzima con 13 ( código PDB 1MTY). Sin embargo, el homólogo bacteriano de un transportador de neurotransmisores dependiente de Na + /Cl − (código PDB 2A65) tiene el récord de mayor cantidad de hélices π en una sola cadena peptídica con 8. [2]
