Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Спиральная катушка (значения) .
Рис. 1. Классическим примером спиральной спирали является лейциновая молния GCN4 (код доступа PDB 1zik), которая представляет собой параллельный левосторонний гомодимер . Однако существует много других типов спиральных катушек.

Спиральная катушка представляет собой структурный мотив в белках , в которых 2-7 [1] альфа-спирали намотаны вместе , как пряди веревки. ( Димеры и тримеры являются наиболее распространенными типами.) Многие белки типа спиральной спирали участвуют в важных биологических функциях, таких как регуляция экспрессии генов - например, факторы транскрипции . Яркими примерами являются онкопротеины c-Fos и c-jun , а также мышечный белок тропомиозин .

Открытие [ править ]

Возможность намотанных катушек для альфа- кератина первоначально была несколько спорной. Линус Полинг и Фрэнсис Крик независимо друг от друга пришли к выводу, что это было возможно примерно в одно и то же время. Летом 1952 года Полинг посетил лабораторию в Англии, где работал Крик. Полинг и Крик встречались и говорили на разные темы; в какой-то момент Крик спросил, рассматривал ли Полинг «спиральные катушки» (Крик придумал этот термин), на что Полинг сказал, что он придерживался. Вернувшись в Соединенные Штаты, Полинг возобновил исследования по этой теме. Он пришел к выводу, что спиральные катушки существуют, и отправил длинную рукопись в журнал Nature.в октябре. Сын Полинга Питер Полинг работал в той же лаборатории, что и Крик, и рассказал ему об этом отчете. Крик считал, что Полинг украл его идею, и отправил более короткую заметку в Nature через несколько дней после получения рукописи Полинга. В конце концов, после некоторых разногласий и частых переписок, лаборатория Крика заявила, что идея была независимо достигнута обоими исследователями и что никакого интеллектуального воровства не произошло. [2] В своей заметке (которая была опубликована первой из-за ее меньшей длины) Крик предложил спиральную катушку, а также математические методы для определения их структуры. [3] Примечательно, что это произошло вскоре после того, как в 1951 году Линус Полинг предложил структуру альфа-спирали.и коллеги. [4] Эти исследования были опубликованы в связи с отсутствием сведений о последовательности кератина. Первые последовательности кератина были определены Ханукоглу и Фуксом в 1982 г. [5] [6]

На основе анализа предсказания последовательности и вторичной структуры идентифицированы домены спиральных кератинов. [6] Эти модели были подтверждены структурным анализом спиральных доменов кератинов. [7]

Молекулярная структура [ править ]

Спиральные спирали обычно содержат повторяющийся узор hxxhcxc из гидрофобных ( h ) и заряженных ( c ) аминокислотных остатков, называемый гептадным повтором . [8] Позиции в гептадном повторе обычно обозначаются abcdefg , где a и d - гидрофобные позиции, часто занятые изолейцином , лейцином или валином . Сворачивание последовательности с этим повторяющимся узором во вторичную альфа-спиральную структурузаставляет гидрофобные остатки быть представлены в виде «полосы», которая мягко наматывается вокруг спирали левосторонним образом, образуя амфипатическую структуру. Наиболее благоприятный способ размещения двух таких спиралей в водонаполненной среде цитоплазмы - это наматывание гидрофобных цепей друг на друга, зажатых между гидрофильными аминокислотами. Таким образом, именно захоронение гидрофобных поверхностей обеспечивает термодинамическую движущую силу для олигомеризации. Упаковка в виде интерфейса биспиральный исключительно плотно, с почти полным ван - дер - Ваальса контакта между боковыми цепями в а и гостатки. Эта плотная упаковка была первоначально предсказана Фрэнсисом Криком в 1952 году [3] и называется « набивкой ручек в отверстия» .

В альфа-спирали могут быть параллельными или анти-параллельным, и обычно принять левую супер-катушку (рис 1). Хотя это и нежелательно, несколько правосторонних спиральных спиралей также наблюдались в природе и в разработанных белках. [9]

Биологические роли [ править ]

Роль в ВИЧ-инфекции [ править ]

Вид сбоку гексамера gp41, который инициирует проникновение ВИЧ в свою клетку-мишень.

Проникновение вируса в CD4-положительные клетки начинается, когда три субъединицы гликопротеина 120 ( gp120 ) связываются с рецептором CD4 и корецептором. Гликопротеин gp120 тесно связан с тримером gp41 посредством ван-дер-ваальсовых взаимодействий. При связывании gp120 с рецептором CD4 и корецептором ряд конформационных изменений в структуре приводит к диссоциации gp120 и экспонированию gp41 и в то же время к закреплению N-концевой слитой пептидной последовательности gp41 в клетка-хозяин. Подпружиненный механизм несет ответственность за доставку вирусных и клеточных мембран в достаточно близко , что они будут предохранитель. Происхождение подпружиненного механизма лежит в открытом gp41., который содержит два последовательных гептадных повтора (HR1 и HR2) после слитого пептида на N-конце белка. HR1 образует параллельную тримерную спиральную катушку, на которую наматывается область HR2, образуя структуру тримеров шпилек (или пучка из шести спиралей), тем самым облегчая слияние мембран за счет сближения мембран друг с другом. Затем вирус проникает в клетку и начинает репликацию. В последнее время ингибиторы получают из HR2 , таких как Фузеон (DP178, Т-20) связываются с области HR1 gp41 на были разработаны. Однако пептиды, полученные из HR1, обладают небольшой эффективностью ингибирования вирусов из-за склонности этих пептидов к агрегации в растворе. Были разработаны химеры этих пептидов, производных от HR1, с лейциновыми застежками GCN4 , и было показано, что они более активны, чемFuzeon , но они еще не поступили в клинику.

Как теги олигомеризации [ править ]

Из-за их специфического взаимодействия спиральные спирали могут использоваться в качестве «меток» для стабилизации или обеспечения определенного состояния олигомеризации. [10] Было обнаружено, что взаимодействие спиральной спирали управляет олигомеризацией субъединиц BBS2 и BBS7 BBSome . [11] [12]

Дизайн [ править ]

Общая проблема принятия решения о свернутой структуре белка при заданной аминокислотной последовательности (так называемая проблема сворачивания белка ) не решена. Однако спиральная спираль является одним из относительно небольшого числа мотивов складывания, для которых отношения между последовательностью и окончательной складчатой ​​структурой сравнительно хорошо поняты. [13] [14] Харбери и др. выполнили знаковое исследование с использованием архетипической спиральной спирали, GCN4, в которой были установлены правила, которые регулируют то, как пептидная последовательность влияет на олигомерное состояние (то есть количество альфа-спиралей в окончательной сборке). [15] [16]Спиральная катушка GCN4 представляет собой 31-аминокислотную (что соответствует чуть более четырех гептадам ) параллельную димерную (т.е. состоящую из двух альфа-спиралей ) спиральную катушку и имеет повторяющийся изолейцин (или I в однобуквенном коде ) и лейцин (L) в положениях a и d , соответственно, и образует димерную спиральную спираль. Когда аминокислоты в положениях a и d были изменены с I в a и L в d на I в a и I в d , тример (три альфа-спирали) была сформирована спиральная катушка. Кроме того, переключение положений L на a и с I на d привело к образованию тетрамерной (четыре альфа-спирали ) спиральной спирали. Они представляют собой набор правил для определения олигомерных состояний спиральной спирали и позволяют ученым эффективно «контролировать» поведение олигомеризации. Другой аспектом спиральной катушки сборки, которая относительно хорошо изучен, по крайней мере , в случае димерных спиральных катушек, является то , что размещение полярного остатка (в частности , аспарагин , N) на противоположной позицию силы параллельно сборке гибкой катушки. Этот эффект обусловлен самокомплементарной водородной связью.между этими остатками, которые остались бы неудовлетворенными, если бы N был спарен, например, с L на противоположной спирали. [17]

Недавно Пикок, Пикрамену и его коллеги продемонстрировали, что спиральные спирали могут быть собраны самостоятельно, используя ионы лантаноида (III) в качестве матрицы, таким образом создавая новые агенты визуализации. [18]

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Liu J, Zheng Q, Deng Y, Cheng CS, Kallenbach NR, Lu M (октябрь 2006 г.). «Семицветная спиральная катушка» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (42): 15457–62. Bibcode : 2006PNAS..10315457L . DOI : 10.1073 / pnas.0604871103 . PMC 1622844 . PMID 17030805 .  
  2. ^ Хагер, Томас. «Повествование 43, Катушки на катушках» . Линус Полинг и структура белков . Центр специальных коллекций и архивов Университета штата Орегон . Проверено 15 мая 2013 года .
  3. ^ a b Crick FH (ноябрь 1952 г.). «Является ли альфа-кератин спиральной спиралью?». Природа . 170 (4334): 882–3. Bibcode : 1952Natur.170..882C . DOI : 10.1038 / 170882b0 . PMID 13013241 . S2CID 4147931 .  
  4. Перейти ↑ Pauling L, Corey RB, Branson HR (апрель 1951 г.). «Структура белков; две спиральные конфигурации полипептидной цепи с водородными связями» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 37 (4): 205–11. Полномочный код : 1951PNAS ... 37..205P . DOI : 10.1073 / pnas.37.4.205 . PMC 1063337 . PMID 14816373 .  
  5. ^ Hanukoglu I, Fuchs E (ноябрь 1982). «Последовательность кДНК кератина эпидермиса человека: расхождение последовательности, но сохранение структуры среди белков промежуточных филаментов» . Cell . 31 (1): 243–52. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (82) 90424-X . PMID 6186381 . S2CID 35796315 .  
  6. ^ a b Hanukoglu I, Fuchs E (июль 1983 г.). «Последовательность кДНК кератина цитоскелета типа II выявляет постоянные и вариабельные структурные домены среди кератинов» . Cell . 33 (3): 915–24. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (83) 90034-X . PMID 6191871 . S2CID 21490380 .  
  7. ^ Hanukoglu I, Ezra L (январь 2014). «Запись Proteopedia: спиральная структура кератинов». Биохимия и молекулярная биология образования . 42 (1): 93–4. DOI : 10.1002 / bmb.20746 . PMID 24265184 . S2CID 30720797 .  
  8. ^ Mason JM, Арндт К. (февраль 2004). «Спиральные домены: стабильность, специфичность и биологические последствия». ChemBioChem . 5 (2): 170–6. DOI : 10.1002 / cbic.200300781 . PMID 14760737 . 
  9. ^ Harbury PB, Plecs JJ, Tidor B, Альбер T, Ким PS (ноябрь 1998). «Белковая конструкция с высоким разрешением и свободой позвоночника». Наука . 282 (5393): 1462–7. DOI : 10.1126 / science.282.5393.1462 . PMID 9822371 . 
  10. ^ Дайс S, Hernandez Alvarez B, Бэр K, Ewers CP, Coles M, Albrecht R, Hartmann MD (июнь 2014). «Ваша персонализированная структура белка: Андрей Н. Лупас, слитый с адаптерами GCN4» . Журнал структурной биологии . 186 (3): 380–5. DOI : 10.1016 / j.jsb.2014.01.013 . PMID 24486584 . 
  11. ^ Чжоу, Хуэй-Тин; Апельт, Луиза; Фаррелл, Дэниел П .; Уайт, Сьюзан Рол; Вудсмит, Джонатан; Светлов, Владимир; Goldstein, Jaclyn S .; Nager, Andrew R .; Ли, Цзысюань; Мюллер, Жан; Дольфус, Элен; Нудлер, Евгений; Штельцль, Ульрих; ДиМайо, Фрэнк; Nachury, Maxance V .; Вальц, Томас (3 сентября 2019 г.). «Молекулярная архитектура Native BBSome, полученная с помощью комплексного структурного подхода» . Структура . 27 (9): 1384–1394. DOI : 10.1016 / j.str.2019.06.006 . PMC 6726506 . PMID 31303482 .  
  12. ^ Ludlam, WG; Аоба, Т; Cuéllar, J; Буэно-Карраско, Монтана; Makaju, A; Moody, JD; Франклин, S; Valpuesta, JM; Уиллардсон, Б.М. (17 сентября 2019 г.). «Молекулярная архитектура подкомплекса белка 2-7-9 синдрома Барде-Бидла» . Журнал биологической химии . 294 (44): 16385–16399. DOI : 10.1074 / jbc.RA119.010150 . PMC 6827290 . PMID 31530639 .  
  13. ^ Бромли EH, Channon K, Moutevelis E, Woolfson DN (январь 2008). «Строительные блоки пептидов и белков для синтетической биологии: от программирования биомолекул до самоорганизующихся биомолекулярных систем». ACS Химическая биология . 3 (1): 38–50. DOI : 10.1021 / cb700249v . PMID 18205291 . 
  14. ^ Mahrenholz CC, Abfalter IG, Bodenhofer U, Volkmer R, Hochreiter S (май 2011 г.). «Сложные сети управляют олигомеризацией спиральной спирали - прогнозированием и профилированием с помощью подхода машинного обучения» . Молекулярная и клеточная протеомика . 10 (5): M110.004994. DOI : 10.1074 / mcp.M110.004994 . PMC 3098589 . PMID 21311038 .  
  15. ^ Harbury РВ, Чжан Т, Ким П.С., Альбер Т (ноябрь 1993). «Переключение между двух-, трех- и четырехцепочечными спиральными спиралями у мутантов лейциновой молнии GCN4». Наука . 262 (5138): 1401–7. Bibcode : 1993Sci ... 262.1401H . DOI : 10.1126 / science.8248779 . PMID 8248779 . S2CID 45833675 .  
  16. ^ Harbury РВ, Ким П.С., Альбер Т (Sep 1994). «Кристаллическая структура тримера изолейциновой молнии». Природа . 371 (6492): 80–3. Bibcode : 1994Natur.371 ... 80H . DOI : 10.1038 / 371080a0 . PMID 8072533 . S2CID 4319206 .  
  17. ^ Woolfson, DN (2005). «Проектирование спиральных конструкций и агрегатов». Adv. Белок. Chem. Достижения в химии белков. 70 (4): 79–112. DOI : 10.1016 / S0065-3233 (05) 70004-8 . ISBN 9780120342709. PMID  15837514 .
  18. ^ Бервик MR, Льюис ди - джей, Джонс AW, Parslow Р.А., Dafforn TR, Купер HJ, Уилки Дж, Pikramenou Z , Бриттон М.М., Павлин АФ (январь 2014). «De novo конструкция спиральных катушек Ln (III) для приложений визуализации» . Журнал Американского химического общества . 136 (4): 1166–9. DOI : 10.1021 / ja408741h . PMC 3950886 . PMID 24405157 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Крик, FHC (1953). «Упаковка α-спиралей: простые спирали» . Acta Crystallogr . 6 (8): 689–697. DOI : 10.1107 / S0365110X53001964 .
  • Нисикава К., Шерага Х.А. (1976). «Геометрические критерии образования спиральных структур полипептидных цепей». Макромолекулы . 9 (3): 395–407. Bibcode : 1976MaMol ... 9..395N . DOI : 10.1021 / ma60051a004 . PMID  940353 .
  • Харбери ПБ, Чжан Т., Ким П.С., Альбер Т. (ноябрь 1993 г.). «Переключение между двух-, трех- и четырехцепочечными спиральными спиралями у мутантов лейциновой молнии GCN4». Наука . 262 (5138): 1401–7. Bibcode : 1993Sci ... 262.1401H . DOI : 10.1126 / science.8248779 . PMID  8248779 . S2CID  45833675 .
  • Гонсалес Л., Плек Дж. Дж., Альбер Т. (июнь 1996 г.). «Спроектированный аллостерический переключатель в олигомеризации лейциновой молнии». Структурная биология природы . 3 (6): 510–5. DOI : 10.1038 / nsb0696-510 . PMID  8646536 . S2CID  30381026 .
  • Harbury PB, Plecs JJ, Tidor B, Alber T, Kim PS (ноябрь 1998 г.). «Белковая конструкция с высоким разрешением и свободой позвоночника». Наука . 282 (5393): 1462–7. DOI : 10.1126 / science.282.5393.1462 . PMID  9822371 .
  • Ю.Ю.Б. (октябрь 2002 г.). «Спиральные спирали: стабильность, специфичность и потенциал доставки лекарств». Расширенные обзоры доставки лекарств . 54 (8): 1113–29. DOI : 10.1016 / S0169-409X (02) 00058-3 . PMID  12384310 .
  • Буркхард П., Иванинский С., Люстиг А. (май 2002 г.). «Повышение стабильности спиральной катушки за счет оптимизации ионных взаимодействий». Журнал молекулярной биологии . 318 (3): 901–10. DOI : 10.1016 / S0022-2836 (02) 00114-6 . PMID  12054832 .
  • Джиллингем А.К., Манро С. (август 2003 г.). «Длинные спиральные белки и мембранный трафик». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Исследование молекулярных клеток . 1641 (2–3): 71–85. DOI : 10.1016 / S0167-4889 (03) 00088-0 . PMID  12914949 .
  • Мейсон Дж. М., Арндт К. М. (февраль 2004 г.). «Спиральные домены: стабильность, специфичность и биологические последствия». ChemBioChem . 5 (2): 170–6. DOI : 10.1002 / cbic.200300781 . PMID  14760737 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Спиральные домены кератинов

Программное обеспечение, связанное с Coiled-coil [ править ]

Прогнозирование, обнаружение и визуализация [ править ]

  • Spiricoil предсказывает состояние Coiled Coil и Oligormeric на основе белковых последовательностей на Archive.today (архивировано 23 декабря 2012 г. )
  • NCOILS в Archive.today (архивировано 11 января 2002 г. )
  • Paircoil2 / Paircoil
  • bCIPA на Wayback Machine (архивировано 18 февраля 2007 г. )
  • STRAP содержит алгоритм для прогнозирования витков на основе AA-последовательностей.
  • PrOCoil предсказывает олигомеризацию белков спиральной спирали и визуализирует вклад каждой отдельной аминокислоты в общую олигомерную тенденцию.
  • DrawCoil создает диаграммы спиральных колес для спиральных катушек любого состояния и ориентации олигомеризации.

Базы данных [ править ]

  • Spiricoil использует аннотацию белкового домена для прогнозирования наличия спиральной спирали и состояния олигорфизма для всех полностью секвенированных организмов.
  • CC + - это реляционная база данных спиральных катушек, найденных в PDB.
  • Аннотации белковых доменов SUPERFAMILY для всех полностью секвенированных организмов на основе тщательно подобранного класса спиральной спирали SCOP