hélice beta

Estructura de proteína toroide formada a partir de láminas beta.

En biología estructural, una hélice beta ( β-hélice ) es un tipo de arquitectura de proteína totalmente β caracterizada por de 4 a 8 láminas beta en forma de cuchilla altamente simétricas dispuestas toroidalmente alrededor de un eje central. Juntas, las hojas beta forman un sitio activo similar a un embudo.

Estructura

Cada hoja beta suele tener cuatro hebras β antiparalelas dispuestas en el motivo beta-zigzag. ^[2] Los hilos se tuercen de modo que el primer y el cuarto hilos queden casi perpendiculares entre sí. ^[3] Hay cinco clases de hélices beta, cada disposición es una estructura altamente simétrica con 4 a 8 láminas beta, todas las cuales generalmente forman un túnel central que produce ejes pseudosimétricos. ^[2]

Si bien el sitio activo oficial de la proteína para la unión del ligando se forma en un extremo del túnel central mediante bucles entre las cadenas beta individuales, las interacciones proteína-proteína pueden ocurrir en múltiples áreas alrededor del dominio. Dependiendo del embalaje y la inclinación de las láminas beta y las hebras beta, la hélice beta puede tener un bolsillo central en lugar de un túnel. ^[4]

La estructura de la hélice beta se estabiliza principalmente mediante interacciones hidrófobas de las láminas beta, mientras que la estabilidad adicional puede provenir de los enlaces de hidrógeno formados entre las láminas beta de los extremos C y N-terminales. De hecho, esto cierra el círculo que puede ocurrir aún más fuertemente en las proteínas de 4 palas a través de un enlace disulfuro. ^[2] Se ha demostrado que las chaperonas Hsp70 y CCT se unen secuencialmente a las hélices beta nacientes a medida que emergen del ribosoma. Estos acompañantes evitan que se formen interacciones no nativas entre palas hasta que se sintetice toda la hélice beta. ^[5] Muchas hélices beta dependen de CCT para su expresión. ^{[6] [7] [8]} En al menos un caso, se ha demostrado que los iones aumentan la estabilidad al unirse profundamente en el túnel central de la hélice beta. ^[4]

Murzin propuso un modelo geométrico para describir los principios estructurales de la hélice beta. ^[9] Según este modelo, la hélice de siete palas era la disposición más favorecida en términos geométricos.

A pesar de su naturaleza altamente conservada, las hélices beta son bien conocidas por su plasticidad. Más allá de tener una variedad de hojas beta permitidas por dominio, también puede acomodar otros dominios en sus hojas beta. Además, hay proteínas que han mostrado variaciones en el número de cadenas beta por hoja beta. En lugar de tener las típicas cuatro hebras beta en una hoja, la proteína inhibidora de betalactamasa II solo tiene tres hebras beta por hoja, mientras que la fitasa de Bacillus subtilis tiene cinco hebras beta por hoja beta. ^[2]

Función

Debido a su estructura y plasticidad, se pueden formar interacciones proteína-proteína con las caras superior, inferior, central y lateral de la hélice beta. ^[4] La función de la hélice puede variar según el número de palas. Las hélices beta de cuatro palas funcionan principalmente como proteínas de transporte y, debido a su estructura, tienen una conformación favorable para la unión al sustrato. ^[4] A diferencia de las hélices beta más grandes, las hélices beta de cuatro palas generalmente no pueden realizar la catálisis por sí mismas, sino que actúan para ayudar en la catálisis realizando las funciones antes mencionadas. Las hélices de cinco palas pueden actuar como transferasas , hidrolasas y proteínas fijadoras de azúcar. ^[4] Las hélices de seis y siete palas realizan una variedad mucho más amplia de funciones en comparación con las hélices de cuatro y cinco palas. Estas funciones pueden incluir actuar como proteínas de unión a ligandos, hidrolasas, liasas , isomerasas , proteínas de señalización, proteínas estructurales y oxidorreductasas . ^[4]

Las variaciones en las hélices beta más grandes (de cinco a ocho palas) pueden permitir funciones aún más específicas. Este es el caso de la región C-terminal de GyrA que expresa una superficie cargada positivamente ideal para unirse al ADN. Dos hélices alfa que salen de la hélice beta de seis palas de la paraoxonasa sérica pueden proporcionar una región hidrofóbica ideal para anclar membranas. La proteína 1 que se une al daño del ADN tiene tres hélices beta, en las que la conexión entre dos de las hélices se inserta en la tercera hélice, lo que potencialmente permite su función única. ^[4]

Significación clínica

• La neurodegeneración asociada a la proteína beta-hélice (BPAN) es una afección caracterizada por convulsiones de aparición temprana, retrasos en el desarrollo y discapacidad intelectual. Con el envejecimiento también puede producirse degeneración muscular y cognitiva. Se han identificado variantes del gen WDR45 tanto en hombres como en mujeres con esta afección. ^[10]
• La hipercolesterolemia familiar es una enfermedad genética humana causada por mutaciones en el gen que codifica el receptor de lipoproteínas de baja densidad (LDLR), una proteína que tiene al menos una hélice beta. Esta enfermedad provoca un aumento de las concentraciones de lipoproteínas de baja densidad (LDL) y colesterol, lo que puede tener consecuencias adicionales como la aterosclerosis coronaria . Se ha demostrado que mutaciones confirmadas interfieren con los enlaces de hidrógeno entre las palas de la hélice beta. ^[2]
• La hélice beta se ha utilizado en ingeniería de proteínas en varios casos. Yoshida et al., por ejemplo, trabajaron con glucosa deshidrogenasa (GDH), que tiene una hélice beta de seis palas, para crear una enzima ideal para usar como sensor de glucosa. Lograron diseñar una quimera de GDH que tenía una mayor termoestabilidad, una mayor estabilidad de unión del cofactor y una mayor especificidad de sustrato. Estas propiedades se atribuyeron al aumento de las interacciones hidrofóbicas debido a mutaciones en el extremo C de la hélice beta. ^[2]
• El dominio beta-hélice de la neuraminidasa del virus de la influenza se utiliza a menudo para el diseño de fármacos. Mediante el estudio de esta enzima, los investigadores han desarrollado inhibidores de la neuraminidasa de la influenza que bloquean eficazmente la neuraminidasa de la influenza y, en consecuencia, ralentizan o detienen la progresión de la infección por influenza. ^[2]

Ejemplos

• La proteína neuraminidasa viral del virus de la influenza es una proteína beta-hélice de seis palas cuya forma activa es un tetrámero . ^[11] Es una de las dos proteínas presentes en la envoltura viral y cataliza la escisión de restos de ácido siálico de las proteínas de la membrana celular para ayudar a dirigir los viriones recién producidos a células previamente no infectadas. ^[12]
• Las repeticiones WD40 , también conocidas como repeticiones de beta-transducina, son fragmentos cortos que se encuentran principalmente en eucariotas . ^{[13] [14]} Por lo general, forman hélices beta con 7 a 8 palas, pero también se ha demostrado que forman dominios estructurales con 4 a 16 unidades repetidas críticas para las interacciones proteína-proteína. Los motivos de la proteína WD40 participan en una variedad de funciones que incluyen la transducción de señales, la regulación de la transcripción y la regulación del ciclo celular. También funcionan como sitios para interacciones proteína-proteína e incluso pueden desempeñar un papel en el ensamblaje de complejos proteicos. La especificidad de estos dominios estructurales está determinada por la secuencia de la proteína fuera de sí misma. ^[15]
• Una hélice beta es un componente crítico de LDLR y ayuda en un cambio conformacional basado en el pH. A pH neutro, el LDLR tiene una conformación lineal extendida y puede unirse a ligandos ( PCSK9 ). A pH ácido, la conformación lineal cambia a una estructura en horquilla, de modo que los sitios de unión del ligando se unen a la hélice beta, evitando la unión del ligando. ^{[16] [17]}
• Las fitasas de hélice beta consisten en una estructura de hélice β de seis palas. Las fitasas son fosfatasas que pueden hidrolizar los enlaces éster del fitato, la principal forma de almacenamiento de fosfato en las plantas. A través de este proceso, el fosfato que normalmente es inaccesible al ganado queda disponible. A la mayoría de los piensos para ganado se les ha añadido fosfato inorgánico que, cuando se excreta, puede provocar contaminación ambiental. La adición de fitasa en lugar de fosfato a la alimentación del ganado permitiría a los animales descomponer el fosfato ya disponible en la materia vegetal. En teoría, esto produciría menos contaminación ya que se excretaría menos exceso de fosfato. ^[18]

Dominios

Los dominios repetidos que se sabe que se pliegan en una hélice beta incluyen WD40 , YWTD , Kelch , YVTN, RIVW (PD40) y muchos más. Sus secuencias tienden a agruparse, lo que sugiere un estrecho vínculo evolutivo. También están relacionados con muchos dominios que contienen beta. ^[19]

Referencias

1. Sprague ER, Redd MJ, Johnson AD, Wolberger C (junio de 2000). "Estructura del dominio C-terminal de Tup1, un correpresor de la transcripción en levadura". La Revista EMBO . 19 (12): 3016–27. doi :10.1093/emboj/19.12.3016. PMC  203344 . PMID  10856245.
2. "Beta-hélices: funciones asociadas y su papel en las enfermedades humanas". Puerta de la investigación . Consultado el 17 de noviembre de 2018 .
3. Kuriyan, Konforti, Wemmer, John, Boyana, David (2013). Las moléculas de la vida: principios físicos y químicos . Nueva York: Garland Science. págs. 163-164. ISBN 9780815341888.{{cite book}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )
4. Chen CK, Chan NL, Wang AH (octubre de 2011). "Las numerosas palas de las proteínas propulsoras β: conservadas pero versátiles". Tendencias en Ciencias Bioquímicas . 36 (10): 553–61. doi :10.1016/j.tibs.2011.07.004. PMID  21924917.
5. Stein KC, Kriel A, Frydman J (julio de 2019). "La topología del dominio polipeptídico naciente y la tasa de elongación dirigen la jerarquía cotraduccional de Hsp70 y TRiC/CCT". Célula molecular . 75 (6): 1117–1130.e5. doi :10.1016/j.molcel.2019.06.036. PMC 6953483 . PMID  31400849. 
6. Plimpton RL, Cuéllar J, Lai CW, Aoba T, Makaju A, Franklin S, et al. (febrero de 2015). "Las estructuras de los complejos Gβ-CCT y PhLP1-Gβ-CCT revelan un mecanismo para el plegamiento de la subunidad β de la proteína G y el ensamblaje del dímero Gβγ". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 112 (8): 2413–8. Código Bib : 2015PNAS..112.2413P. doi : 10.1073/pnas.1419595112 . PMC 4345582 . PMID  25675501. 
7. Cuéllar J, Ludlam WG, Tensmeyer NC, Aoba T, Dhavale M, Santiago C, et al. (junio de 2019). "Análisis estructural y funcional del papel de la chaperonina CCT en el ensamblaje del complejo mTOR". Comunicaciones de la naturaleza . 10 (1): 2865. Código bibliográfico : 2019NatCo..10.2865C. doi :10.1038/s41467-019-10781-1. PMC 6599039 . PMID  31253771. 
8. Ludlam, WG; Aoba, T; Cuéllar, J; Bueno Carrasco, MT; Makaju, A; Moody, JD; Franklin, S; Valpuesta, JM; Willardson, BM (1 de noviembre de 2019). "Arquitectura molecular del subcomplejo de proteína 2-7-9 del síndrome de Bardet-Biedl". La Revista de Química Biológica . 294 (44): 16385–16399. doi : 10.1074/jbc.RA119.010150 . hdl : 10261/240872 . PMC 6827290 . PMID  31530639. 
9. Murzin AG (octubre de 1992). "Principios estructurales para el montaje de hélices de láminas beta: la preferencia por la simetría séptuple". Proteínas . 14 (2): 191–201. doi :10.1002/prot.340140206. PMID  1409568. S2CID  22228091.
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11. Air GM (julio de 2012). "Neuraminidasa de la influenza". Influenza y otros virus respiratorios . 6 (4): 245–56. doi :10.1111/j.1750-2659.2011.00304.x. PMC 3290697 . PMID  22085243. 
12. Matrosovich MN, Matrosovich TY, Gray T, Roberts NA, Klenk HD (noviembre de 2004). "La neuraminidasa es importante para el inicio de la infección por el virus de la influenza en el epitelio de las vías respiratorias humanas". Revista de Virología . 78 (22): 12665–7. doi :10.1128/JVI.78.22.12665-12667.2004. PMC 525087 . PMID  15507653. 
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15. EMBL-EBI, InterPro. "Hélice Beta tipo WD40 (IPR011659) <InterPro <EMBL-EBI". www.ebi.ac.uk. ​Consultado el 19 de noviembre de 2018 .
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Otras lecturas

• Branden C, Tooze J. (1999). Introducción a la estructura de las proteínas 2ª ed. Garland Publishing: Nueva York, Nueva York.

enlaces externos

• Hélices beta de 4 palas SCOP Archivado el 4 de marzo de 2016 en Wayback Machine.
• Hélices beta de 5 palas SCOP Archivado el 4 de marzo de 2016 en Wayback Machine.
• Hélices beta SCOP de 6 palas Archivado el 24 de marzo de 2017 en Wayback Machine.
• Hélices beta de 7 palas SCOP Archivado el 24 de marzo de 2017 en Wayback Machine.
• Hélices beta SCOP de 8 palas Archivado el 4 de marzo de 2016 en Wayback Machine.