Полипролиновая спираль - Polyproline helix

А полипролиновая спираль это тип белок вторичная структура который встречается в белках, содержащих повторяющиеся пролин остатки.[1] Левша спираль полипролина II (PPII, поли-про II) образуется, когда все последовательные остатки принимают (φ, ψ) основную цепь двугранные углы примерно (-75 °, 150 °) и иметь транс изомеры их пептидные связи. Эта конформация PPII также характерна для белков и полипептидов с другими аминокислотами, кроме пролина. Точно так же более компактный праворукий спираль полипролина I (PPI, поли-про I) образуется, когда все последовательные остатки принимают (φ, ψ) основную цепь двугранные углы примерно (-75 °, 160 °) и имеют СНГ изомеры их пептидные связи. Из двадцати распространенных в природе аминокислоты, Только пролин вероятно примет СНГ изомер пептидная связь, в частности, пептидная связь X-Pro; стерические и электронные факторы в значительной степени благоприятствуют транс изомер в большинстве других пептидных связей. Тем не мение, пептидные связи что заменить пролин с другим N-замещенная аминокислота (такая как саркозин ) также могут принять СНГ изомер.

Спираль полипролина II

Вид сверху спирали поли-Pro II с двадцатью остатками, демонстрирующий тройную симметрию.
Вид сбоку спирали poly-Pro II, демонстрирующий ее открытость и отсутствие внутренних водородных связей.

Спираль PPII определяется (φ, ψ) позвоночником. двугранные углы примерно (-75 °, 150 °) и транс изомеры пептид облигации. Угол поворота Ω на остаток любой полипептидной спирали с транс изомеры задаются уравнением

Подстановка двугранных углов поли-Pro II (φ, ψ) в это уравнение дает почти точно Ω = -120 °, т. Е. Спираль PPII является левой спиралью (поскольку Ω отрицательна) с тремя остатками на оборот (360 ° / 120 ° = 3). Подъем на остаток составляет приблизительно 3,1 Å. Эта структура в чем-то похожа на структуру волокнистого белка. коллаген, который состоит в основном из пролина, гидроксипролин, и глицин. Спирали PPII специфически связываются SH3 домены; эта привязка важна для многих белок-белковые взаимодействия и даже для взаимодействий между доменами одного белка.

Спираль PPII относительно открыта и не имеет внутренних водородная связь, в отличие от более распространенных спиральных второстепенные конструкции, то альфа спираль и его родственники 310 спираль и пи спираль, так же хорошо как β-спираль. Атомы азота и кислорода амида расположены слишком далеко друг от друга (примерно 3,8 Å) и неправильно ориентированы для образования водородных связей. Более того, оба эти атома имеют Н-связь. акцепторы в пролине; нет донора Н-связи из-за циклической боковой цепи.

Двугранные углы основной цепи PPII (-75 °, 150 °) часто наблюдаются в белках, даже для аминокислот, отличных от пролин.[2] В Рамачандран сюжет густо заселен в регионе PPII, по сравнению с бета-лист область вокруг (-135 °, 135 °). Например, двугранные углы основной цепи PPII часто наблюдаются в повороты, чаще всего в первом остатке β-поворота типа II. «Зеркальное отображение» двугранных углов основной цепи PPII (75 °, -150 °) наблюдается редко, за исключением полимеров ахиральный аминокислота глицин. Аналог спирали поли-Pro II в полиглицине называется спираль poly-Gly II. Некоторые белки, такие как белок антифриза Hypogastrura harveyi состоят из пучков спиралей полиглицина II, богатых глицином.[3] Этот замечательный белок, трехмерная структура которого известна,[4] имеет уникальные спектры ЯМР и стабилизируется димеризацией и 28 водородными связями Cα-H ·· O = C.[5] Спираль PPII не распространена в трансмембранные белки, и эта вторичная структура не пересекает липидные мембраны в естественных условиях. В 2018 году группа исследователей из Германии сконструировала и экспериментально наблюдала первую трансмембранную спираль PPII, образованную специально разработанным искусственные пептиды.[6][7]

Полипролин I спираль

Вид сверху спирали поли-Pro I из двадцати остатков, показывающий нецелое число остатков на оборот.
Вид сбоку спирали poly-Pro I, демонстрирующий ее большее уплотнение.

Спираль poly-Pro I намного плотнее спирали PPII из-за СНГ изомеры его пептидные связи. Он также встречается реже, чем конформация PPII, потому что СНГ изомер выше по энергии, чем транс. Его типичные двугранные углы (-75 °, 160 °) близки, но не идентичны углам спирали PPII. Однако спираль PPI - это правша спираль и более плотно намотанная, с примерно 3,3 остатками на оборот (а не 3). Подъем на остаток в спирали PPI также намного меньше, примерно 1,9 Å. Опять же, в спирали поли-Pro I нет внутренней водородной связи, как из-за отсутствия донорного атома водородной связи, так и из-за того, что амидные атомы азота и кислорода слишком удалены (снова примерно на 3,8 Å) и неправильно ориентированы.

Структурные свойства

Традиционно PPII считался относительно жестким и использовался в качестве «молекулярной линейки» в структурной биологии, например, для калибровки FRET измерения эффективности. Однако последующие экспериментальные и теоретические исследования поставили под сомнение эту картину полипролинового пептида как «жесткого стержня».[8][9] Дальнейшие исследования с использованием терагерцовой спектроскопии и расчетов теории функционала плотности показали, что полипролин на самом деле намного менее жесткий, чем первоначально предполагалось.[10] Взаимопревращения полипролина между спиральными формами PPII и PPI происходят медленно из-за высокой энергии активации X-Pro. цис-транс изомеризация (Eа ≈ 20 ккал / моль); однако это взаимное превращение может катализироваться специфическими изомеразами, известными как пролилизомеразы или PPIases. Взаимопревращение спиралей PPII и PPI связано с цис-транс изомеризация пептидной связи по всей пептидной цепи. Исследования на основе спектрометрия ионной подвижности выявили существование определенного набора промежуточных звеньев в этом процессе.[11]

Рекомендации

  1. ^ Аджубей, Алексей А .; Sternberg, Michael J.E .; Макаров, Александр А. (2013). «Спираль полипролина-II в белках: структура и функции». Журнал молекулярной биологии. 425 (12): 2100–2132. Дои:10.1016 / j.jmb.2013.03.018. ISSN  0022-2836. PMID  23507311.
  2. ^ Аджубей, Алексей А .; Штернберг, Майкл Дж. Э. (1993). «Левосторонние спирали полипролина II, обычно встречающиеся в глобулярных белках». Журнал молекулярной биологии. 229 (2): 472–493. Дои:10.1006 / jmbi.1993.1047. ISSN  0022-2836. PMID  8429558.
  3. ^ Дэвис, Питер Л .; Грэм, Лори А. (21 октября 2005 г.). «Богатые глицином антифризы от снежных блох». Наука. 310 (5747): 461. Дои:10.1126 / science.1115145. ISSN  0036-8075. PMID  16239469.
  4. ^ Pentelute, Brad L .; Гейтс, Захари П .; Терешко, Валентина; Дашнау, Дженнифер Л .; Vanderkooi, Jane M .; Kossiakoff, Anthony A .; Кент, Стивен Б. Х. (1 июля 2008 г.). «Рентгеновская структура протеина антифриза снежной блохи, определенная рацемической кристаллизацией энантиомеров синтетического протеина». Журнал Американского химического общества. 130 (30): 9695–9701. Дои:10.1021 / ja8013538. ISSN  0002-7863. ЧВК  2719301. PMID  18598029.
  5. ^ Тревиньо, Мигель Анхель; Пантоха-Учеда, Давид; Менендес, Маргарита; Гомес, М. Виктория; Момпеан, Мигель; Лоранс, Дуглас В. (15.11.2018). «Сингулярный ЯМР-отпечаток спиральной связки полипролина II». Журнал Американского химического общества. 140 (49): 16988–17000. Дои:10.1021 / jacs.8b05261. PMID  30430829.
  6. ^ Кубышкин, Владимир; Grage, Stephan L .; Бюрк, Йохен; Ульрих, Энн С .; Будиса, Недилько (2018). «Трансмембранная полипролиновая спираль». Письма в Журнал физической химии. 9 (9): 2170–2174. Дои:10.1021 / acs.jpclett.8b00829. PMID  29638132.
  7. ^ Кубышкин, Владимир; Grage, Stephan L .; Ульрих, Энн С .; Будиса, Недилько (2019). «Толщина бислоя определяет выравнивание модельных полипролиновых спиралей в липидных мембранах». Физическая химия Химическая физика. 21 (40): 22396–22408. Bibcode:2019PCCP ... 2122396K. Дои:10.1039 / c9cp02996f. PMID  31577299.
  8. ^ S. Doose, H. Neuweiler, H. Barsch, M. Sauer, Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 104, 17400 (2007)
  9. ^ М. Моради, В. Бабин, К. Роланд, Т. А. Дарден, К. Сагуи, Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 106, 20746 (2009)
  10. ^ M. T. Ruggiero, J. Sibik, J. A. Zeitler, T. M. Korter, Agnew. Chemie. Int. Эд. 55, 6877 (2016)
  11. ^ Эль-Баба, Тарик Дж .; Фуллер, Дэниел Р .; Хейлз, Дэвид А .; Рассел, Дэвид Х .; Клеммер, Дэвид Э. (2019). «Растворитель посредничества пептидных конформаций: структуры полипролина в воде, метаноле, этаноле и 1-пропаноле, как определено спектрометрией ионной подвижности-масс-спектрометрии». Журнал Американского общества масс-спектрометрии. 30 (1): 77–84. Bibcode:2019JASMS..30 ... 77E. Дои:10.1007 / s13361-018-2034-7. ЧВК  6503664. PMID  30069641.