Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Вид сбоку на 3 · 10 -спираль остатков аланина в атомных деталях. Две водородные связи с одной и той же пептидной группой выделены пурпурным цветом; расстояние кислород-водород составляет 1,83 Å (183 пм). Белка цепь проходит вверх, то есть, его N-конец находится в нижней части и ее С-конце в верхней части фигуры. Обратите внимание, что боковые цепи указывают немного вниз , то есть к N-концу.

3 10 спирали представляет собой тип вторичной структуры найдены в белков и полипептидов. Из множества присутствующих вторичных структур белка спираль 3 10 является четвертым наиболее часто наблюдаемым типом; следующие α-спирали , β-листы и обратные повороты . 3 10 -спирали составляют почти 10-15% всех спиралей во вторичных структурах белков и обычно наблюдаются как продолжения α-спиралей, обнаруживаемых либо на их N-, либо на С-концах. Из-за тенденции α-спиралей к последовательному сворачиванию и разворачиванию было предложено, чтобы 3 10-спираль служит своего рода промежуточной конформацией и дает представление об инициации сворачивания α-спирали.

Вид сверху той же спирали, показанной справа. Три карбонильные группы направлены вверх в сторону наблюдателя, разнесенные по кругу примерно на 120 ° друг от друга, что соответствует 3,0 аминокислотным остаткам на оборот спирали.

Открытие [ править ]

Макс Перуц , руководитель Медицинского исследовательского совета Лаборатории молекулярной биологии в Кембриджском университете , написал первую статью документирующую неуловимое 3 10 - спираль. [1] Вместе с Лоуренсом Брэггом и Джоном Кендрю Перуц опубликовал в 1950 году исследование конфигураций полипептидных цепей, основанное на данных некристаллической дифракции, а также на кристаллических структурах малых молекул, таких как коллаген, обнаруженный в волосах. [2] Их предложения включали то, что сейчас известно как 3 10helix, но не включали два наиболее распространенных структурных мотива, о которых сейчас известно. В следующем году Полинг предсказал оба из этих мотивов, то альфа - спирали [3] , а бета - листа , [4] , в работе которого теперь сравнивают значение в [1] к Фрэнсис Крик и Джеймс Д. Уотсон «ы публикации Двойная спираль ДНК . [5] Полинг очень критически относился к спиральным структурам, предложенным Брэггом, Кендрю и Перуцем, торжествующим тоном заявляя, что все они неправдоподобны. [1] [3] Перуц описывает в своей книге, что я хотел бы разозлить вас раньше[6] опыт чтения газеты Полинга одним субботним утром:

Я был потрясен статьей Полинга и Кори. В отличие от спиралей Кендрю и моих, у них не было напряжения; все амидные группы были плоскими, и каждая карбонильная группа образовывала идеальную водородную связь с аминогруппой на четыре остатка дальше по цепи. Строение выглядело совершенно правильным. Как я мог это пропустить?

-  Макс Перуц , 1998, стр 173-175. [6]

Позже в тот же день Перуцу пришла в голову идея эксперимента по подтверждению модели Полинга, и он поспешил в лабораторию, чтобы осуществить ее. В течение нескольких часов у него были доказательства, подтверждающие наличие альфа-спирали, которые он первым делом показал Брэггу в понедельник. [1] Подтверждение структуры альфа-спирали Перутцем было опубликовано в журнале Nature вскоре после этого. [7] Принципы, примененные в статье 1950 года к теоретическим полипептидным структурам, справедливым для спирали 3 10 , включали: [2]

  • Цепи удерживаются вместе за счет водородной связи между атомами водорода и кислорода различных соседних амидных (пептидных) звеньев, образующихся при конденсации аминокислот с образованием полипептидной цепи. Они образуют спиральные конструкции, которые невозможно размотать без разрыва водородных связей.
  • Те структуры, в которых все доступные группы NH и CO связаны водородными связями, по своей природе более вероятны, потому что их свободная энергия предположительно ниже.

Спираль 3 10 была в конечном итоге подтверждена Кендрю в его структуре миоглобина 1958 года [8], а также была обнаружена в 1960 году, когда Перуц определил структуру гемоглобина [9] [10] [11], а также в последующей работе над его деоксигенированным [12] [13] и оксигенированные формы. [14] [15]

В настоящее время известно, что спираль 3 10 является третьей основной структурой, которая встречается в глобулярных белках после α-спирали и β-слоя. [16] Это почти всегда короткие участки, почти 96% которых содержат четыре или меньше аминокислотных остатков, [17] : 44 появляются в таких местах, как «углы», например, в структуре миоглобина, где α-спирали меняют направление. [8] Более длинные участки, в диапазоне от семи до одиннадцати остатков, наблюдались в сегменте датчика напряжения потенциал-управляемых калиевых каналов в трансмембранном домене некоторых спиральных белков. [18]

Структура [ править ]

Аминокислоты в 3 10- спирали расположены в форме правой спиральной структуры. Каждая аминокислота соответствует повороту спирали на 120 ° (т. Е. Спираль имеет три остатка на виток) и трансляции 2,0 Å (0,20 нм) вдоль оси спирали и имеет 10 атомов в кольце, образованном путем создания водородная связь. [17] : 39 Наиболее важно то, что группа NH аминокислоты образует водородную связь с группой C = O аминокислоты тремя остатками ранее; это повторяется я  +-→  я водородная связь определяет 3 10-спираль. Подобные структуры включают α-спираль ( i  + 4 →  i водородная связь) и π-спираль i  + 5 →  i водородная связь. [17] : 44–45 [19]

Остатки в длинных 3 · 10- спиралях имеют двугранные углы ( φ ,  ψ ) около (-49 °, -26 °). Многие 3 · 10 -спирали в белках короткие, поэтому значения отклоняются от этих значений. В более общем смысле, остатки в длинных 3 · 10 -спиралях имеют двугранные углы, так что двугранный угол ψ одного остатка и двугранный угол φ следующего остатка в сумме составляют примерно -75 °. Для сравнения, сумма двугранных углов для α-спирали составляет примерно -105 °, а для π-спирали - примерно -125 °. [17] : 45

Общая формула для угла поворота Ω на остаток любой полипептидной спирали с транс- изомерами дается уравнением: [17] : 40

и поскольку Ω  = 120 ° для идеальной спирали 3 · 10 , отсюда следует, что φ и ψ должны быть связаны соотношением:

согласуется с наблюдаемым значением φ  +  ψ около −75 °. [17] : 44

Двугранные углы спирали 3 · 10 относительно углов α-спирали можно отнести к короткой длине этих спиралей - от 3 до 5 остатков в длину по сравнению с длиной остатков от 10 до 12 остатков их современников α-спирали. . 3 · 10 -спирали часто возникают при переходах, приводя, как правило, к коротким длинам остатков, что приводит к отклонениям в распределении торсионных углов их основных цепей и, следовательно, к неоднородностям. Их сети водородных связей искажены по сравнению с α-спиралями, что способствует их нестабильности, хотя частое появление 3 10 -спиралей в природных белках демонстрирует их важность в переходных структурах. [19] [20]

Стабильность [ править ]

Благодаря исследованиям, проведенным Мэри Карпен, Питером Де Хасетом и Кеннетом Нитом [21], были выявлены факторы частичной стабильности в 3 10 -спиралях. Спирали наиболее заметно стабилизируются остатком аспартата на неполярном N- конце, который взаимодействует с амидной группой на спиральном N- конце. Это электростатическое взаимодействие стабилизирует пептидные диполи в параллельной ориентации. Подобно непрерывным спиральным водородным связям, которые стабилизируют α-спирали, высокие уровни аспартата столь же важны для выживания 3 10 -спиралей. Высокая частота аспартата у обоих 3 10-спираль и α-спирали указывает на инициацию его спирали, но в то же время предполагает, что он способствует стабилизации 3 10 -спирали путем ингибирования распространения α-спиралей. [21]

См. Также [ править ]

  • альфа-спираль
  • пи спираль
  • вторичная структура
  • бета-ход
  • бета изгиб ленты

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б в г Айзенберг, Дэвид (2003). «Открытие α-спирали и β-листа, основных структурных особенностей белков» . Proc. Natl. Акад. Sci. США 100 (20): 11207–11210. Bibcode : 2003PNAS..10011207E . DOI : 10.1073 / pnas.2034522100 . PMC  208735 . PMID  12966187 .
  2. ^ a b Брэгг, Лоуренс ; Кендрю, JC ; Перуц, MF (1950). «Конфигурации полипептидных цепей в кристаллических белках» . Proc. R. Soc. . 203 (1074): 321–357. Bibcode : 1950RSPSA.203..321B . DOI : 10.1098 / rspa.1950.0142 .
  3. ^ a b Полинг, Линус ; Кори, Роберт Б .; Брэнсон, Герман Р. (1951). «Структура белков: две спиральные конфигурации полипептидной цепи с водородными связями» . Proc. Natl. Акад. Sci. США 34 (4): 205–211. Полномочный код : 1951PNAS ... 37..205P . DOI : 10.1073 / pnas.37.4.205 . PMC 1063337 . PMID 14816373 .   
  4. ^ Полинг, Линус ; Кори, Роберт Б. (1951). «Гофрированный лист, новая конфигурация слоев полипептидных цепей» . Proc. Natl. Акад. Sci. США 37 (5): 251–256. Полномочный код : 1951PNAS ... 37..251P . DOI : 10.1073 / pnas.37.5.251 . PMC 1063350 . PMID 14834147 .   
  5. ^ Уотсон, Джеймс Д .; Крик, Фрэнсис ХК (1953). «Молекулярная структура нуклеиновых кислот: структура нуклеиновой кислоты дезоксирибозы» . Природа . 171 (4356): 737–738. Bibcode : 1953Natur.171..737W . DOI : 10.1038 / 171737a0 . PMID 13054692 . 
  6. ^ a b Perutz, Макс Ф. (1998). Я бы хотел, чтобы вы раньше разозлились: Очерки науки, ученых и человечества . Plainview: Лаборатория Колд-Спринг-Харбор . ISBN 9780879696740.
  7. Перейти ↑ Perutz, Max F. (1951). «Новые рентгеновские данные о конфигурации полипептидных цепей: полипептидные цепи в поли-γ-бензил-L-глутамате, кератине и гемоглобине» . Природа . 167 (4261): 1053–1054. Bibcode : 1951Natur.167.1053P . DOI : 10.1038 / 1671053a0 . PMID 14843172 . S2CID 4186097 .  
  8. ^ а б Кендрю, JC ; Bodo, G .; Динцис, HM; Пэрриш, RG; Wyckoff, H .; Филлипс, округ Колумбия (1958). «Трехмерная модель молекулы миоглобина, полученная с помощью рентгеновского анализа» . Природа . 181 (4610): 662–666. Bibcode : 1958Natur.181..662K . DOI : 10.1038 / 181662a0 . PMID 13517261 . S2CID 4162786 .  
  9. ^ Перуц, Макс Ф .; Россманн, MG; Каллис, Энн Ф .; Мюрхед, Хилари; Уилл, Георг (1960). «Структура гемоглобина: трехмерный синтез Фурье с разрешением 5,5 Å, полученный с помощью рентгеновского анализа». Природа . 185 (4711): 416–422. Bibcode : 1960Natur.185..416P . DOI : 10.1038 / 185416a0 . PMID 18990801 . S2CID 4208282 .  
  10. Перейти ↑ Perutz, Max F. (1964). «Молекула гемоглобина». Sci. Являюсь. 211 (5): 64–76. Bibcode : 1964SciAm.211e..64P . DOI : 10.1038 / Scientificamerican1164-64 . PMID 14224496 .  
  11. Перейти ↑ Perutz, Max F. (1997). Наука - это не спокойная жизнь: раскрытие атомного механизма гемоглобина . Лондон: Всемирное научное издательство . ISBN 9789810230579.
  12. ^ Muirhead, Хилари; Кокс, Джойс М .; Mazzarella, L .; Перуц, Макс Ф. (1967). «Структура и функция гемоглобина: III. Трехмерный синтез Фурье дезоксигемоглобина человека с разрешением 5,5 Å». J. Mol. Биол. 28 (1): 117–156. DOI : 10.1016 / S0022-2836 (67) 80082-2 . PMID 6051747 .  
  13. ^ Bolton, W .; Кокс, JM; Перуц, MF (1968). «Структура и функция гемоглобина: IV. Трехмерный синтез Фурье дезоксигемоглобина лошади с разрешением 5,5 Å». J. Mol. Биол. 33 (1): 283–297. DOI : 10.1016 / 0022-2836 (68) 90294-5 . PMID 5646648 .  
  14. ^ Perutz, MF ; Мюрхед, Хилари; Кокс, Джойс М .; Гоаман, LCG; Мэтьюз, ФС; McGandy, EL; Уэбб, Л. Е. (1968). «Трехмерный синтез Фурье оксигемоглобина лошади при 2,8 Å: рентгеновский анализ» . Природа . 219 (5149): 29–32. Bibcode : 1968Natur.219..131P . DOI : 10.1038 / 219131a0 . ISBN 9789814498517. PMID  5659617 . S2CID  1383359 .
  15. ^ Perutz, MF ; Мюрхед, Хилари; Кокс, Джойс М .; Гоаман, LCG (1968). «Трехмерный синтез Фурье оксигемоглобина лошади с разрешением 2,8 Å: атомная модель» . Природа . 219 (5150): 131–139. Bibcode : 1968Natur.219..131P . DOI : 10.1038 / 219131a0 . ISBN 9789814498517. PMID  5659637 . S2CID  1383359 .
  16. ^ Тонлоло, Клаудио; Бенедетти, Этторе (1991). «Полипептид 3 10 -спираль». Trends Biochem. Sci. 16 (9): 350–353. DOI : 10.1016 / 0968-0004 (91) 90142-I . PMID 1949158 .  
  17. ^ Б с д е е Зорко, Matjaž (2010). «Структурная организация белков» . В Лангеле, Юло; Cravatt, Бенджамин Ф .; Грэслунд, Астрид; фон Хейне, Гуннар ; Земля, Тиит; Ниссен, Шерри; Зорко, Матяж (ред.). Введение в пептиды и белки . Бока-Ратон: CRC Press . С. 36–57. ISBN 9781439882047.
  18. ↑ Виейра-Пирес, Рикардо Симау; Мораиш-Кабрал, Жоао Энрике (2010). «3 10 спиралей в каналах и других мембранных белков» . J. Gen. Physiol. 136 (6): 585–592. DOI : 10,1085 / jgp.201010508 . PMC 2995148 . PMID 21115694 .   
  19. ^ a b Армен, Роджер; Алонсо, Дарвин О.В.; Даггетт, Валери (2003). «Роль α-, 3 · 10 - и π-спирали в переходах спираль → клубок» . Protein Sci. 12 (6): 1145–1157. DOI : 10.1110 / ps.0240103 . PMC 2323891 . PMID 12761385 .   
  20. ^ Рол, Кэрол А .; Дойг, Эндрю Дж. (1996). «Модели переходов 3 10- спираль / спираль, π-спираль / спираль и α-спираль / 3 10- спираль / спираль в изолированных пептидах» . Protein Sci. 5 (8): 1687–1696. DOI : 10.1002 / pro.5560050822 . PMC 2143481 . PMID 8844857 .   
  21. ^ a b Карпен, Мэри Э .; De Haseth, Pieter L .; Нит, Кеннет Э. (1992). «Различия в аминокислотном распределении 3 10 -спиралей и α-спиралей» . Protein Sci. 1 (10): 1333–1342. DOI : 10.1002 / pro.5560011013 . PMC 2142095 . PMID 1303752 .   

Прочие чтения [ править ]

  • Спираль 3 10 является типом вторичного белка ». Biochemistries . Np, 20 октября 2013 г. Интернет. 06 декабря 2015 г. < http://biochemistri.es/the-3-10-helix [ постоянная мертвая ссылка ] > .