Una hélice pi (o hélice π ) es un tipo de estructura secundaria que se encuentra en las proteínas . Descubiertas por la cristalógrafa Barbara Low en 1952 [1] y alguna vez consideradas raras, las hélices π cortas se encuentran en el 15% de las estructuras proteicas conocidas y se cree que son una adaptación evolutiva derivada de la inserción de un solo aminoácido en un aminoácido α. -hélice . [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 sitios funcionales de proteínas. [2] [4] [5] [6]
Los aminoácidos en una hélice π estándar están dispuestos en una estructura helicoidal derecha . Cada aminoácido corresponde a un giro de 87° en la hélice (es decir, la hélice tiene 4,1 residuos por vuelta) 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 ( i + 3 → i enlace de hidrógeno) y la hélice α ( i + 4 → i enlace de hidrógeno).
La mayoría de las hélices π tienen solo 7 residuos de longitud y adoptan ángulos diédricos ( φ , ψ ) que se repiten regularmente en toda la estructura, como el de las hélices α o las láminas β. Debido a esto, los libros de texto que proporcionan valores diédricos 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 diédricos tales que el ángulo diédrico ψ de un residuo y el ángulo diédrico φ del siguiente residuo suman aproximadamente −125 °. El primer y último par de residuos suman −95° y −105°, respectivamente. A modo de comparación, la suma de los ángulos diédricos de una hélice de 3 10 es aproximadamente −75°, mientras que la de la hélice α es aproximadamente −105°. La prolina suele verse 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 viene dada por la ecuación
En principio, es posible una versión para zurdos de la π-hélice invirtiendo el signo de los ángulos diédricos ( φ , ψ ) a (55°, 70°). Esta hélice pseudo-"imagen de espejo" tiene aproximadamente el mismo número de residuos por vuelta (4.1) y paso helicoidal (1,5 Å [150 pm]). No es una verdadera imagen especular, porque los residuos de aminoácidos todavía tienen una quiralidad izquierda . Es poco probable que se observe una hélice π izquierda larga en las proteínas porque, entre los aminoácidos naturales, es probable que sólo la glicina adopte ángulos diédricos φ positivos , como 55°.
Los programas automatizados de asignación de estructuras secundarias comúnmente utilizados, como DSSP , sugieren que <1% de las proteínas contienen una hélice π. Esta caracterización errónea se debe al hecho de que las hélices π naturales suelen tener una 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 porque los residuos de las hélices π se asignan incorrectamente como hélices α o como "giros". Se han escrito programas desarrollados recientemente para anotar adecuadamente las hélices π en las estructuras de proteínas y se ha descubierto que 1 de cada 6 proteínas (alrededor del 15%) contiene 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. Estas protuberancias helicoidales se han denominado anteriormente aneurismas α, protuberancias α, protuberancias π, giros anchos, bucles y giros π, pero en realidad son hélices π determinadas por su repetición i + 5 → i hidrógeno. cautiverio. [2] La evidencia sugiere que estas protuberancias, o hélices π, se crean mediante la inserción de un solo aminoácido adicional en una hélice α preexistente. Por tanto, las hélices α y las hélices π pueden interconvertirse mediante la inserción y eliminación de un único aminoácido. [2] [3] Dada la tasa relativamente alta de aparición de hélices π y su notable asociación 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 alterar y diversificar 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 estado fuertemente influenciada por dicho mecanismo evolutivo es la superfamilia similar a la ferritina , que incluye ferritinas , bacterioferritinas , rubreritrinas , ribonucleótidos reductasas de clase I y metanomonooxigenasas solubles . La metano monooxigenasa soluble tiene el récord actual 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 número de hélices π en una sola cadena peptídica con 8. [2]
