Una hélice de poliprolina es un tipo de estructura secundaria de proteína que se produce en proteínas que comprenden residuos de prolina repetidos. [1] Se forma una hélice de poliprolina II zurda ( PPII , poli-Pro II, κ-hélice [2] ) cuando todos los residuos secuenciales adoptan ángulos diédricos de la columna vertebral (φ,ψ) de aproximadamente (-75°, 150°). y tienen isómeros trans de sus enlaces peptídicos . Esta conformación PPII también es común en proteínas y polipéptidos con otros aminoácidos además de la prolina. De manera similar, se forma una hélice de poliprolina I derecha más compacta ( PPI , poli-Pro I ) cuando todos los residuos secuenciales adoptan ángulos diédricos del esqueleto (φ,ψ) de aproximadamente (-75°, 160°) y tienen isómeros cis de sus enlaces peptídicos . De los veinte aminoácidos naturales comunes , es probable que sólo la prolina adopte el isómero cis del enlace peptídico , específicamente el enlace peptídico X-Pro; Los factores estéricos y electrónicos favorecen en gran medida al isómero trans en la mayoría de los demás enlaces peptídicos. Sin embargo, es probable que los enlaces peptídicos que reemplazan la prolina con otro aminoácido N -sustituido (como la sarcosina ) adopten el isómero cis .
La hélice PPII está definida por ángulos diédricos del esqueleto (φ, ψ) de aproximadamente (-75 °, 150 °) y isómeros trans de los enlaces peptídicos . El ángulo de rotación Ω por residuo de cualquier hélice polipeptídica con isómeros trans viene dado por la ecuación
La sustitución de los ángulos diédricos del poli-Pro II (φ,ψ) en esta ecuación produce casi exactamente Ω = -120°, es decir, la hélice PPII es una hélice izquierda (ya que Ω es negativo) con tres residuos por vuelta (360 °/120° = 3). El aumento por residuo es de aproximadamente 3,1 Å. Esta estructura es algo similar a la adoptada en la proteína fibrosa colágeno , que está compuesta principalmente por prolina, hidroxiprolina y glicina . Las hélices PPII están unidas específicamente por dominios SH3 ; esta unión es importante para muchas interacciones proteína-proteína e incluso para interacciones entre los dominios de una sola proteína.
La hélice PPII es relativamente abierta y no tiene enlaces de hidrógeno internos , a diferencia de las estructuras secundarias helicoidales más comunes , la hélice alfa y sus parientes la hélice 3 10 y la hélice pi , así como la hélice β . Los átomos de nitrógeno y oxígeno de la amida están demasiado separados (aproximadamente 3,8 Å) y orientados incorrectamente para formar enlaces de hidrógeno. Además, ambos átomos son aceptores de enlaces H en prolina; no hay donador de enlaces H debido a la cadena lateral cíclica.
Los ángulos diédricos de la columna vertebral del PPII (-75°, 150°) se observan con frecuencia en las proteínas, incluso para aminoácidos distintos de la prolina . [3] La gráfica de Ramachandran está muy poblada en la región PPII, en comparación con la región de la hoja beta alrededor (-135°, 135°). Por ejemplo, los ángulos diédricos de la columna vertebral PPII a menudo se observan en turnos , más comúnmente en el primer residuo de un giro β de tipo II. Los ángulos diédricos de la columna vertebral del PPII en forma de espejo (75°, -150°) rara vez se observan, excepto en polímeros del aminoácido aquiral glicina . El análogo de la hélice poli-Pro II en la poliglicina se llama hélice poli-Gly II . Algunas proteínas, como la proteína anticongelante de Hypogastrura harveyi, consisten en haces de hélices de poliglicina II ricas en glicina. [4] Esta notable proteína, cuya estructura tridimensional es conocida, [5] tiene espectros de RMN únicos y está estabilizada mediante dimerización y 28 enlaces de hidrógeno Cα-H··O=C. [6] La hélice PPII no es común en las proteínas transmembrana , y esta estructura secundaria no atraviesa las membranas lipídicas en condiciones naturales. En 2018, un grupo de investigadores de Alemania construyó y observó experimentalmente la primera hélice PPII transmembrana formada por péptidos artificiales diseñados específicamente . [7] [8]
La hélice poli-Pro I es mucho más densa que la hélice PPII debido a los isómeros cis de sus enlaces peptídicos . También es más rara que la conformación PPII porque el isómero cis tiene mayor energía que el trans . Sus ángulos diédricos típicos (-75°, 160°) son cercanos, pero no idénticos, a los de la hélice PPII. Sin embargo, la hélice PPI es una hélice derecha y enrollada más apretadamente, con aproximadamente 3,3 residuos por vuelta (en lugar de 3). El aumento por residuo en la hélice PPI también es mucho menor, aproximadamente 1,9 Å. Nuevamente, no hay enlaces de hidrógeno internos en la hélice poli-Pro I, tanto porque falta un átomo donador del enlace H como porque los átomos de nitrógeno y oxígeno de la amida están demasiado distantes (aproximadamente 3,8 Å nuevamente) y orientados incorrectamente.
Tradicionalmente, se ha considerado que el PPII es relativamente rígido y se ha utilizado como una "regla molecular" en biología estructural, por ejemplo, para calibrar las mediciones de eficiencia de FRET . Sin embargo, estudios experimentales y teóricos posteriores han puesto en duda esta imagen del péptido de poliprolina como una "barra rígida". [9] [10] Otros estudios que utilizaron espectroscopia de terahercios y cálculos de la teoría funcional de la densidad resaltaron que la poliprolina es, de hecho, mucho menos rígida de lo que se pensaba originalmente. [11] Las interconversiones entre las formas de hélice PPII y PPI de poliprolina son lentas, debido a la alta energía de activación de la isomerización cis-trans de X-Pro ( E a ≈ 20 kcal/mol); sin embargo, esta interconversión puede ser catalizada por isomerasas específicas conocidas como prolil isomerasas o PPIasas. La interconversión entre las hélices PPII y PPI implica la isomerización del enlace peptídico cis-trans a lo largo de toda la cadena peptídica. Los estudios basados en espectrometría de movilidad iónica revelaron la existencia de un conjunto definido de intermediarios a lo largo de este proceso. [12]
![{\displaystyle 3\cos \Omega =1-4\cos ^{2}\left[\left(\phi +\psi \right)/2\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/289a67463099a87877ac9fca00daf052bb2edd9a)