La horquilla beta (a veces también llamada cinta beta o unidad beta-beta ) es un motivo estructural proteico simple que involucra dos hebras beta que parecen una horquilla . El motivo consta de dos hebras adyacentes en la estructura primaria , orientadas en dirección antiparalela (el extremo N de una hoja es adyacente al extremo C de la siguiente) y unidas por un bucle corto de dos a cinco aminoácidos. . Las horquillas beta pueden ocurrir de forma aislada o como parte de una serie de hebras unidas por hidrógeno que en conjunto comprenden una lámina beta .
Investigadores como Francisco Blanco et al. han utilizado RMN de proteínas para demostrar que se pueden formar horquillas beta a partir de péptidos cortos aislados en solución acuosa, lo que sugiere que las horquillas podrían formar sitios de nucleación para el plegamiento de proteínas . [1]
Las horquillas beta se clasificaron originalmente únicamente por el número de residuos de aminoácidos en sus secuencias de bucle, de modo que se denominaron de un residuo, de dos residuos, etc. [2] Este sistema, sin embargo, es algo ambiguo ya que no tiene en cuenta Tenga en cuenta si los residuos que señalan el final de la horquilla están unidos por enlaces de hidrógeno simples o dobles entre sí. Desde entonces, Milner-White y Poet han propuesto un medio mejorado de clasificación. [3] Las horquillas beta se dividen en cuatro clases distintas, como se muestra en la Figura 1 de la publicación. Cada clase comienza con el menor número posible de residuos de bucle y aumenta progresivamente el tamaño del bucle eliminando los enlaces de hidrógeno en la hoja beta. La horquilla principal de la clase 1 es un bucle de un residuo donde los residuos unidos comparten dos enlaces de hidrógeno. Luego se elimina un enlace de hidrógeno para crear un bucle de tres residuos, que es la horquilla secundaria de clase 1. Los residuos unidos individualmente se cuentan en la secuencia del bucle pero también señalan el final del bucle, definiendo así esta horquilla como una horquilla de tres residuos. bucle. Este enlace simple de hidrógeno luego se elimina para crear la horquilla terciaria; un bucle de cinco residuos con residuos doblemente unidos. Este patrón continúa indefinidamente y define todas las horquillas beta dentro de la clase. La clase 2 sigue el mismo patrón comenzando con un bucle de dos residuos con residuos terminales que comparten dos enlaces de hidrógeno. La clase 3 comienza con un residuo de tres y la clase 4 con un residuo de cuatro. La clase 5 no existe porque la horquilla primaria ya está definida en la clase 1. Pi Este esquema de clasificación no sólo tiene en cuenta varios grados de enlaces de hidrógeno, sino que también dice algo sobre el comportamiento biológico de la horquilla. Los reemplazos de un solo aminoácido pueden destruir un enlace de hidrógeno particular, pero no desplegarán la horquilla ni cambiarán su clase. Por otro lado, las inserciones y eliminaciones de aminoácidos tendrán que desplegar y reformar toda la cadena beta para evitar un abultamiento beta en la estructura secundaria. Esto cambiará la clase de la horquilla en el proceso. Como las sustituciones son las mutaciones de aminoácidos más comunes, una proteína podría sufrir una conversión sin afectar la funcionalidad de la horquilla beta. [3]
Comprender el mecanismo a través del cual se pliegan los microdominios puede ayudar a arrojar luz sobre los patrones de plegamiento de proteínas completas . Los estudios de una horquilla beta llamada moñolina (ver Chignolin en Proteopedia) han descubierto un proceso de plegado gradual que impulsa el plegado en horquilla beta. Esta horquilla tiene características de secuencia similares a más de 13.000 horquillas conocidas y, por tanto, puede servir como modelo más general para la formación de horquillas beta. La formación de una región de giro nativo indica el inicio de la cascada de plegado, donde un giro nativo es aquel que está presente en la estructura plegada final.
En el plegamiento de proteínas en general, el giro puede originarse no en la región de giro nativa sino en la cadena C de la horquilla beta. Este giro luego se propaga a través de la cadena C (la cadena beta que conduce al extremo C) hasta que llega a la región del giro nativo. A veces, las interacciones de los residuos que conducen a la región de giro nativa son demasiado fuertes, lo que provoca una propagación inversa. Sin embargo, una vez que se forma el giro nativo, las interacciones entre las prolinas y los residuos de triptófano (que se ven en la imagen de la derecha) en la región ayudan a estabilizar el giro, evitando el "retroceso" o la disolución.
Los investigadores creen que los giros no se originan en la cadena N, debido a una mayor rigidez (a menudo causada por una prolina que conduce a la región de giro nativa) y menos opciones conformacionales. La formación inicial del giro se produce en aproximadamente 1 μs. Una vez establecido el giro inicial, se han propuesto dos mecanismos sobre cómo se pliega el resto de la horquilla beta: un colapso hidrofóbico con reordenamientos a nivel de cadena lateral, o el mecanismo más aceptado tipo cremallera. [4]
El motivo del bucle β-horquilla se puede encontrar en muchas proteínas macromoleculares. Sin embargo, las horquillas β pequeñas y simples también pueden existir por sí solas. Para ver esto claramente, la proteína del dominio Pin1 se muestra a la izquierda como ejemplo.
Las proteínas ricas en láminas β, también llamadas dominios WW , funcionan adhiriéndose a péptidos ricos en prolina y/o fosforilados para mediar en las interacciones proteína-proteína . "WW" se refiere a dos residuos de triptófano (W) que se conservan dentro de la secuencia y ayudan en el plegado de las láminas β para producir un pequeño núcleo hidrofóbico. [5] Estos residuos de triptófano se pueden ver abajo (derecha) en rojo.
Esta enzima une su ligando a través de las fuerzas de van der Waals de los triptófanos conservados y las áreas del ligando ricas en prolina. Luego, otros aminoácidos pueden asociarse con el núcleo hidrofóbico de la estructura de horquilla β para reforzar la unión segura. [6]
También es común encontrar residuos de prolina dentro de la porción de bucle real de la horquilla β, ya que este aminoácido es rígido y contribuye a la formación de "vueltas". Estos residuos de prolina se pueden ver como cadenas laterales rojas en la imagen del dominio Pin1 WW a continuación (izquierda).
El diseño de péptidos que adoptan una estructura de horquilla β (sin depender de la unión de metales, aminoácidos inusuales o enlaces cruzados de disulfuro) ha logrado avances significativos y ha aportado conocimientos sobre la dinámica de las proteínas. A diferencia de las hélices α , las horquillas β no están estabilizadas mediante un patrón regular de enlaces de hidrógeno. Como resultado, los primeros intentos requirieron al menos 20 a 30 residuos de aminoácidos para lograr pliegues terciarios estables de horquillas β. Sin embargo, este límite inferior se redujo a 12 aminoácidos por las ganancias de estabilidad conferidas por la incorporación de pares de cadenas cruzadas de triptófano-triptófano. Se ha demostrado que dos pares de triptófano sin enlaces de hidrógeno se entrelazan en un motivo similar a una cremallera, estabilizando la estructura de horquilla β y al mismo tiempo permitiéndole permanecer soluble en agua . La estructura de RMN de un péptido β de cremallera de triptófano (trpzip) muestra el efecto estabilizador de interacciones favorables entre anillos de indol adyacentes . [7]
La síntesis de los péptidos trpzip β-horquilla ha incorporado fotointerruptores que facilitan un control preciso sobre el plegado. A su vez, varios aminoácidos son reemplazados por azobenceno , que puede ser inducido a cambiar de la conformación trans a la cis mediante luz a 360 nm. Cuando el resto azobenceno está en la conformación cis, los residuos de aminoácidos se alinean correctamente para adoptar una formación de horquilla β. Sin embargo, la conformación trans no tiene una geometría de giro adecuada para la horquilla β. [8] Este fenómeno se puede utilizar para investigar la dinámica conformacional de los péptidos con espectroscopia de absorción de femtosegundos. [8]