Una hélice de poliprolina es un tipo de estructura secundaria de proteína que se produce en proteínas que comprenden residuos de prolina repetidos . [1] Una hélice de poliprolina II levógira ( PPII , poli-Pro II, κ-hélice [2] ) se forma cuando todos los residuos secuenciales adoptan ángulos diedros de estructura principal (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 aparte de la prolina. De manera similar, una hélice de poliprolina I dextrógira más compacta ( PPI , poli-Pro I ) se forma cuando todos los residuos secuenciales adoptan ángulos diedros de estructura principal (φ, ψ) de aproximadamente (-75°, 160°) y tienen isómeros cis de sus enlaces peptídicos . De los veinte aminoácidos naturales comunes , es probable que solo la prolina adopte el isómero cis del enlace peptídico , específicamente el enlace peptídico X-Pro; los factores estéricos y electrónicos favorecen en gran medida el isómero trans en la mayoría de los demás enlaces peptídicos. Sin embargo, los enlaces peptídicos que reemplazan la prolina con otro aminoácido N -sustituido (como la sarcosina ) también es probable que adopten el isómero cis .
La hélice PPII se define por ángulos diedros de la estructura principal (φ,ψ) de aproximadamente (-75°, 150°) y los isómeros trans de los enlaces peptídicos . El ángulo de rotación Ω por residuo de cualquier hélice polipeptídica con isómeros trans se da mediante la ecuación
La sustitución de los ángulos diedros de poli-Pro II (φ,ψ) en esta ecuación produce casi exactamente Ω = -120°, es decir, la hélice PPII es una hélice levógira (ya que Ω es negativo) con tres residuos por vuelta (360°/120° = 3). La elevación por residuo es de aproximadamente 3,1 Å. Esta estructura es algo similar a la adoptada en la proteína fibrosa colágeno , que se compone principalmente de 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 el enlace de hidrógeno. Además, estos átomos son ambos aceptores de enlaces de hidrógeno en la prolina; no hay donante de enlaces de hidrógeno debido a la cadena lateral cíclica.
Los ángulos diedros de la estructura principal de PPII (-75°, 150°) se observan con frecuencia en proteínas, incluso para aminoácidos distintos de la prolina . [3] El diagrama de Ramachandran está altamente poblado en la región PPII, de manera comparable a la región de la lámina beta alrededor de (-135°, 135°). Por ejemplo, los ángulos diedros de la estructura principal de PPII se observan a menudo en giros , más comúnmente en el primer residuo de un giro β de tipo II. Los ángulos diedros de la estructura principal de PPII de "imagen especular" (75°, -150°) rara vez se ven, excepto en polímeros del aminoácido aquiral glicina . El análogo de la hélice poli-Pro II en poli-glicina 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 3D es conocida, [5] tiene espectros de RMN únicos y está estabilizada por 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 específicamente diseñados . [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 diedros típicos (-75°, 160°) son cercanos, pero no idénticos, a los de la hélice PPII. Sin embargo, la hélice PPI es una hélice dextrógira y más estrechamente enrollada, con aproximadamente 3,3 residuos por vuelta (en lugar de 3). El ascenso 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 de enlaces de 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 la PPII es relativamente rígida 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 tela de juicio esta imagen de un péptido de poliprolina como una "barra rígida". [9] [10] Estudios posteriores que utilizaron espectroscopia de terahercios y cálculos de la teoría funcional de la densidad destacaron 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 la 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. 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)