Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Полипролина )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Спираль полипролины представляет собой тип белка вторичной структуры , которое происходит в белках , содержащих повторяющиеся пролина остатки. [1] Левая спираль полипролина II ( PPII , поли-Pro II ) образуется, когда все последовательные остатки принимают двугранные углы (φ, ψ) основной цепи примерно (-75 °, 150 °) и имеют транс- изомеры своего пептида. облигации . Эта конформация PPII также характерна для белков и полипептидов с другими аминокислотами, кроме пролина. Точно так же более компактная правая спираль полипролина I ( PPI ,poly-Pro I ) образуется, когда все последовательные остатки принимают двугранные углы (φ, ψ) основной цепи примерно (-75 °, 160 °) и имеют цис- изомеры своих пептидных связей . Из двадцати обычных встречающихся в природе аминокислот только пролин , вероятно, принимает цис- изомер пептидной связи , особенно пептидную связь X-Pro; стерические и электронные факторы сильно благоприятствуют транс- изомеру в большинстве других пептидных связей. Однако пептидные связи, которые заменяют пролин другой N- замещенной аминокислотой (такой как саркозин) также могут принять цис- изомер.

Спираль полипролина II [ править ]

Вид сверху спирали поли-Pro II из двадцати остатков, демонстрирующий тройную симметрию.
Вид сбоку спирали poly-Pro II, демонстрирующий ее открытость и отсутствие внутренних водородных связей.

Спираль PPII определяется двугранными углами (φ, ψ) основной цепи примерно (-75 °, 150 °) и транс- изомерами пептидных связей. Угол поворота Ω на остаток любой полипептидной спирали с транс- изомерами определяется 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 примерно 3,1 Å. Эта структура в некоторой степени похожа на структуру волокнистого белка коллагена , который состоит в основном из пролина, гидроксипролина и глицина . Спирали PPII специфически связываются доменами SH3 ; это связывание важно для многих белок-белковых взаимодействий и даже для взаимодействий между доменами одного белка.

Спираль PPII является относительно открытой и не имеет внутренние водородные связей , в отличие от более общих спиральных вторичных структур , в альфа - спирали и ее родственников - 10 спирали и спирал р , а также 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 являются акцепторами водородной связи 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 пролина . [2] Рамачандрана участок сильно заселен в регионе PPII, сравнительно с бета - листовой областью вокруг (-135 °, 135 °). Например, двугранные углы основной цепи PPII часто наблюдаются в поворотах , чаще всего в первом остатке β-витка типа II. «Зеркальное отображение» двугранных углов основной цепи PPII (75 °, -150 °) наблюдается редко, за исключением полимеров ахиральной аминокислоты глицина . Аналог спирали поли-Pro II в полиглицине называется спиралью поли-Gly II.. Некоторые белки, такие как антифризный белок Hypogastrura harveyi, состоят из пучков богатых глицином спиралей полиглицина II. [3] Этот замечательный белок, трехмерная структура которого известна, [4] имеет уникальные спектры ЯМР и стабилизирован димеризацией и 28 Cα-H ·· O = C водородными связями. [5] Спираль PPII не характерна для трансмембранных белков , 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 разработанными искусственными пептидами . [6] [7]

Спираль полипролина I. [ править ]

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

Спираль поли-Pro I намного плотнее спирали PPII из-за цис- изомеров ее пептидных связей . Он также встречается реже, чем конформация PPII, потому что цис- изомер имеет более высокую энергию, чем транс . Его типичные двугранные углы (-75 °, 160 °) близки, но не идентичны углам спирали PPII. Однако спираль PPI является правосторонней.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 [ править ]

Традиционно PPII считался относительно жестким и использовался в качестве «молекулярной линейки» в структурной биологии, например, для калибровки измерений эффективности FRET . 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 спиральных форм полипролина PPII и PPI происходят медленно из-за высокой энергии активации цис-транс- изомеризации X-Pro ( E a≈ 20 ккал / моль); однако, это взаимопревращение может быть катализируется специфическими изомеразы , известных как пролилгидроксилазы изомераз или PPIases. Взаимопревращение между спиралями PPII и PPI включает изомеризацию цис-транс- пептидной связи по всей пептидной цепи. Исследования, основанные на спектрометрии ионной подвижности, показали наличие определенного набора промежуточных соединений в этом процессе. [11]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Аджубей, Алексей А .; Штернберг, Майкл Дж. Э .; Макаров, Александр А. (2013). «Спираль полипролина-II в белках: структура и функции». Журнал молекулярной биологии . 425 (12): 2100–2132. DOI : 10.1016 / j.jmb.2013.03.018 . ISSN  0022-2836 . PMID  23507311 .
  2. ^ Аджубей, Алексей А .; Штернберг, Майкл JE (1993). «Левосторонние спирали полипролина II, обычно встречающиеся в глобулярных белках». Журнал молекулярной биологии . 229 (2): 472–493. DOI : 10.1006 / jmbi.1993.1047 . ISSN 0022-2836 . PMID 8429558 .  
  3. ^ Дэвис, Питер L .; Грэм, Лори А. (21 октября 2005 г.). «Богатые глицином антифризы от снежных блох». Наука . 310 (5747): 461. DOI : 10.1126 / science.1115145 . ISSN 0036-8075 . PMID 16239469 .  
  4. ^ Pentelute, Брэд Л .; Гейтс, Захари П .; Терешко, Валентина; Дашнау, Дженнифер Л .; Vanderkooi, Jane M .; Kossiakoff, Anthony A .; Кент, Стивен Б.Х. (1 июля 2008 г.). «Рентгеновская структура антифриза против снежных блох, определяемая рацемической кристаллизацией синтетических белковых энантиомеров» . Журнал Американского химического общества . 130 (30): 9695–9701. DOI : 10.1021 / ja8013538 . ISSN 0002-7863 . PMC 2719301 . PMID 18598029 .   
  5. ^ Тревиньо, Мигель Анхель; Пантоха-Учеда, Давид; Менендес, Маргарита; Гомес, М. Виктория; Момпеан, Мигель; Лоранс, Дуглас В. (2018-11-15). «Особый ЯМР-отпечаток спирального пучка полипролина II». Журнал Американского химического общества . 140 (49): 16988–17000. DOI : 10.1021 / jacs.8b05261 . PMID 30430829 . 
  6. ^ Кубышкин, Владимир; Grage, Stephan L .; Бюрк, Йохен; Ульрих, Энн С .; Будиса, Недилько (2018). «Трансмембранная полипролиновая спираль». Журнал писем по физической химии . 9 (9): 2170–2174. DOI : 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 . DOI : 10.1039 / c9cp02996f . PMID 31577299 . 
  8. ^ С. Дуз, Х. Нойвайлер, Х. Барш и М. Зауэр, Proc. Natl. Акад. Sci. США. 104, 17400 (2007)
  9. ^ М. Моради, В. Бабин, К. Роланд, Т. А. Дарден и К. Сагуи, Proc. Natl. Акад. Sci. США. 106, 20746 (2009)
  10. ^ MT Ruggiero, J. Sibik, JA Zeitler и TM 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: полипролиновые структуры 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 . DOI : 10.1007 / s13361-018-2034-7 . PMC 6503664 . PMID 30069641 .