Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о биофизическом явлении. Что касается концепции управления, см. Модель инноваций тройной спирали .
молекулярная модель тройной спирали коллагена
Тройная спираль коллагена - это тройная спираль, образованная из трех отдельных белковых спиралей, спиралевидных вокруг одной оси.

В области геометрии и биохимии , А тройная спираль (множественное число тройных спиралей ) представляет собой набор из трех конгруэнтных геометрических спиралей с одной и теми же осями , различающихся по переводу вдоль оси. Это означает, что каждая из спиралей сохраняет одинаковое расстояние от центральной оси. Как и одиночная спираль, тройная спираль может характеризоваться своим шагом, диаметром и вращением. Примеры тройных спиралей включают триплекс ДНК , [1] триплекс РНК , [2] коллагена спирали , [3] и коллаген-подобных белков.

Структура [ править ]

Тройная спираль названа так потому, что состоит из трех отдельных спиралей . Каждая из этих спиралей имеет одну и ту же ось, но они не занимают одинаковое пространство, потому что каждая спираль перемещается под углом вокруг оси. Как правило, идентичность тройной спирали зависит от типа спиралей, из которых она состоит. Например: тройная спираль, состоящая из трех нитей белка коллагена, представляет собой тройную спираль коллагена, а тройная спираль, состоящая из трех нитей ДНК, представляет собой тройную спираль ДНК.

Как и в случае с другими типами спиралей, тройные спирали имеют правосторонность: правую или левую. Правая спираль движется вокруг своей оси по часовой стрелке от начала до конца. Левая спираль - это зеркальное отображение правой спирали, и она движется вокруг оси против часовой стрелки от начала до конца. [4] Начало и конец спиральной молекулы определяются на основе определенных маркеров в молекуле, которые нелегко изменить. Например: начало спирального белка - это его N-конец , а начало одиночной цепи ДНК - это его 5'-конец . [4]

Коллаген тройной спираль состоит из трех коллагеновых пептидов, каждый из которых образует свою собственную левую спираль полипролин. [5] Когда три цепи объединяются, тройная спираль принимает правую ориентацию. Пептид коллагена состоит из повторов Gly -XY, причем второй остаток (X) обычно представляет собой Pro, а третий (Y) - гидроксипролин. [6] [5]

Тройная спираль ДНК состоит из трех отдельных цепей ДНК, каждая из которых ориентирована сахарным / фосфатным остовом на внешней стороне спирали и основаниями на внутренней стороне спирали. Основания - это часть молекулы, ближайшая к оси тройной спирали, а скелет - это часть молекулы, наиболее удаленная от оси. Третья цепь занимает большую бороздку относительно нормальной дуплексной ДНК. [7] Основания в триплексной ДНК расположены в соответствии со схемой спаривания оснований Хугстина . [8] Точно так же тройные спирали РНК образуются в результате одноцепочечной РНК, образующей водородные связи с дуплексом РНК; дуплекс состоит из спаривания оснований Уотсона-Крика, в то время как третья цепь связывается через спаривание оснований Хугстина. [9]

Стабилизирующие факторы [ править ]

Тройная спираль коллагена имеет несколько характеристик, повышающих ее стабильность. Когда пролин включен в положение Y последовательности Gly-XY, он посттрансляционно модифицируется до гидроксипролина . [10] Гидроксипролин может вступать в благоприятные взаимодействия с водой, которая стабилизирует тройную спираль, поскольку остатки Y доступны для растворителя в структуре тройной спирали. Отдельные спирали также удерживаются вместе обширной сетью амидно-амидных водородных связей, образованных между нитями, каждая из которых вносит примерно -2 ккал / моль в общую свободную энергию тройной спирали. [5]Образование суперспирали не только защищает критические остатки глицина внутри спирали, но также защищает весь белок от протеолиза. [6]

Тройная спираль ДНК и РНК стабилизируются многими из тех же сил, которые стабилизируют двухцепочечные спирали ДНК. С нуклеотидными основаниями, ориентированными внутрь спирали, ближе к ее оси, основания участвуют в водородных связях с другими основаниями. Связанные основания в центре исключают воду, поэтому гидрофобный эффект особенно важен для стабилизации тройных спиралей ДНК. [4]

Биологическая роль [ править ]

Белки [ править ]

Члены суперсемейства коллагена вносят основной вклад во внеклеточный матрикс. Тройная спиральная структура обеспечивает прочность и стабильность коллагеновых волокон, обеспечивая высокую устойчивость к растягивающим нагрузкам. Жесткость коллагеновых волокон является важным фактором, способным противостоять большинству механических нагрузок, что делает его идеальным белком для транспорта макромолекул и общей структурной поддержки всего тела. [6]

ДНК [ править ]

Есть некоторые олигонуклеотидные последовательности, называемые триплетообразующими олигонуклеотидами (TFO), которые могут связываться с образованием триплекса с более длинной молекулой двухцепочечной ДНК; TFO могут инактивировать ген или помочь вызвать мутации. [7] TFO могут связываться только с определенными сайтами в более крупной молекуле, поэтому исследователи должны сначала определить, может ли TFO связываться с интересующим геном.

РНК [ править ]

В последние годы биологическая функция триплексной РНК стала более изученной. Некоторые роли включают повышение стабильности, трансляцию, влияние на связывание лиганда и катализ. Одним из примеров влияния тройной спирали на связывание лиганда является рибопереключатель SAM-II, где тройная спираль создает сайт связывания, который будет однозначно принимать S- аденозилметионин ( SAM ). [9] Рибонуклеопротеиновая комплексная теломераза , отвечающая за репликацию хвостовых концов ДНК ( теломер ), также содержит триплексную РНК, которая, как считается, необходима для правильного функционирования теломеразы. [9] [11] Тройная спираль на 3'-конце PAN и MALAT1длинные некодирующие РНК служат для стабилизации РНК, защищая поли (А) хвост от деаденилирования, которое впоследствии влияет на их функции в вирусном патогенезе и множественных раковых заболеваниях человека. [9] [12] Кроме того, тройные спирали РНК могут стабилизировать мРНК за счет образования кармана связывания на 3'-конце поли (A) хвоста. [13]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Bernués Дж, Azorín F (1995). «Трехцепочечная ДНК». Нуклеиновые кислоты и молекулярная биология . 9 . Берлин, Гейдельберг: Springer. С. 1–21. DOI : 10.1007 / 978-3-642-79488-9_1 . ISBN 978-3-642-79490-2.
  2. ^ Buske FA, Маттик JS, Bailey TL (май 2011). «Возможные роли тройных спиралей нуклеиновых кислот in vivo» . Биология РНК . 8 (3): 427–39. DOI : 10,4161 / rna.8.3.14999 . PMC 3218511 . PMID 21525785 .  
  3. ^ Bächinger HP (2005-05-03). Коллаген: праймер в структуре, обработке и сборке . Springer Science & Business Media. ISBN 9783540232728.
  4. ^ a b c Джон, Куриян (2012-07-25). Молекулы жизни: физические и химические принципы . Конфорти, Бояна, Веммер, Давид. Нью-Йорк. ISBN 9780815341888. OCLC  779577263 .
  5. ^ a b c Плечи MD, Raines RT (2009). «Структура и стабильность коллагена» . Ежегодный обзор биохимии . 78 : 929–58. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.77.032207.120833 . PMC 2846778 . PMID 19344236 .  
  6. ^ a b c Фидлер А.Л., Боудко С.П., Рокас А., Хадсон Б.Г. (апрель 2018 г.). «Тройная спираль коллагенов - древняя белковая структура, которая сделала возможным многоклеточность животных и эволюцию тканей» . Журнал клеточной науки . 131 (7): jcs203950. DOI : 10,1242 / jcs.203950 . PMC 5963836 . PMID 29632050 .  
  7. ^ a b Jain A, Wang G, Vasquez KM (август 2008 г.). «Тройные спирали ДНК: биологические последствия и терапевтический потенциал» . Биохимия . 90 (8): 1117–30. DOI : 10.1016 / j.biochi.2008.02.011 . PMC 2586808 . PMID 18331847 .  
  8. ^ Дука M, Vekhoff P, Oussedik K, L Халбы, Arimondo PB (сентябрь 2008). «Тройная спираль: 50 лет спустя, результат» . Исследования нуклеиновых кислот . 36 (16): 5123–38. DOI : 10.1093 / NAR / gkn493 . PMC 2532714 . PMID 18676453 .  
  9. ^ а б в г Конрад Н.К. (2014). «Возникающая роль тройных спиралей в биологии РНК» . Междисциплинарные обзоры Wiley: РНК . 5 (1): 15–29. DOI : 10.1002 / wrna.1194 . PMC 4721660 . PMID 24115594 .  
  10. ↑ Бродский Б, Персиков А.В. (01.01.2005). «Молекулярная структура тройной спирали коллагена». Успехи в химии белков . 70 : 301–39. DOI : 10.1016 / S0065-3233 (05) 70009-7 . ISBN 9780120342709. PMID  15837519 .
  11. ^ Theimer CA, Блуа CA, Feigon J (март 2005). «Структура псевдоузла теломеразной РНК человека выявляет консервативные третичные взаимодействия, необходимые для функционирования». Молекулярная клетка . 17 (5): 671–82. DOI : 10.1016 / j.molcel.2005.01.017 . PMID 15749017 . 
  12. ^ Коричневый JA, Bulkley D, Ван J, Valenstein М.Л., Yario Т.А., Steitz Т.А., Steitz JA (июль 2014). «Структурные сведения о стабилизации некодирующей РНК MALAT1 с помощью двудольной тройной спирали» . Структурная и молекулярная биология природы . 21 (7): 633–40. DOI : 10.1038 / nsmb.2844 . PMC 4096706 . PMID 24952594 .  
  13. ^ Тораби, Сейед-Фахреддин; Вайдья, Ананд Т .; Tycowski, Kazimierz T .; DeGregorio, Suzanne J .; Ван, Чимин; Шу, Мэй-Ди; Steitz, Thomas A .; Стейтц, Джоан А. (07.01.2021). «Стабилизация РНК с помощью кармана связывания на 3ʹ конце хвоста поли (А) и других способов взаимодействия поли (А) -РНК» . Наука . DOI : 10.1126 / science.abe6523 . ISSN 0036-8075 . PMID 33414189 .