Полипролиновая спираль
Полипролиновая спираль — это тип белка вторичной структуры , которая встречается в белках, содержащих повторяющиеся остатки пролина . [1] Левосторонняя спираль полипролина II ( PPII , поли-Про II, κ-спираль [2] ) образуется, когда все последовательные остатки имеют (φ,ψ) двугранные углы основной цепи примерно (-75°, 150°) и имеют транс- изомеры своих пептидных связей . Эта конформация PPII также распространена в белках и полипептидах с другими аминокислотами, кроме пролина. Аналогичным образом, более компактная правозакрученная спираль полипролина I ( PPI , поли-Pro I ) образуется, когда все последовательные остатки принимают (φ,ψ) двугранные углы основной цепи примерно (-75°, 160°) и имеют цис- изомеры своих пептидные связи . Из двадцати распространенных в природе аминокислот только пролин , вероятно, примет цис- изомер пептидной связи , особенно пептидной связи X-Pro; стерические и электронные факторы в значительной степени благоприятствуют транс- изомеру в большинстве других пептидных связей. Однако пептидные связи , которые заменяют пролин другой N -замещенной аминокислотой (например, саркозином ), также могут принимать цис- изомер.
Полипролин II спираль
[ редактировать ]
Спираль PPII определяется (φ,ψ) двугранными углами основной цепи примерно (-75 °, 150 °) и - изомерами пептидных транс связей. Угол поворота Ω, приходящийся на остаток любой полипептидной спирали с транс -изомерами, определяется уравнением
![{\displaystyle 3\cos \Omega =1-4\cos ^{2}\left[\left(\phi +\psi \right)/2\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/289a67463099a87877ac9fca00daf052bb2edd9a)
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 виток (360 °/120° = 3). Увеличение на остаток составляет примерно 3,1 Å. Эта структура чем-то похожа на принятую в фиброзном белке коллагене , 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 относительно открыта и не имеет внутренних связей , в отличие от более распространенных спиральных вторичных структур , альфа-спирали и ее родственных спиралей и водородных 310 пи -спирали , а также β-спирали . Атомы азота и кислорода амида расположены слишком далеко друг от друга (около 3,8 Å) и ориентированы неправильно для образования водородных связей. Более того, оба этих атома являются акцепторами Н-связи в пролине; донора Н-связи нет из-за циклической боковой цепи.
Двугранные углы основной цепи PPII (-75°, 150°) часто наблюдаются в белках, даже для аминокислот, отличных от пролина . [3] густонаселен График Рамачандрана в регионе PPII, по сравнению с областью бета-листа вокруг (-135 °, 135 °). Например, двугранные углы основной цепи PPII часто наблюдаются в витках , чаще всего в первом остатке β-витка II типа. «Зеркальное отражение» двугранных углов основной цепи PPII (75°, -150°) наблюдается редко, за исключением полимеров ахиральной аминокислоты глицина . Аналог спирали поли-Про II в полиглицине называется спиралью поли-Гли II . Некоторые белки, такие как белок-антифриз Hypogastrura harveyi, состоят из пучков спиралей полиглицина II, богатых глицином. [4] Этот замечательный белок, трехмерная структура которого известна, [5] имеет уникальные спектры ЯМР и стабилизируется за счет димеризации и 28 водородных связей Cα-H··O=C. [6] Спираль PPII не часто встречается в трансмембранных белках , 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 . [7] [8]
Полипролин I спираль
[ редактировать ]
Спираль поли-Про I намного плотнее, чем спираль PPII, из-за цис- изомеров ее пептидных связей . Он также встречается реже, чем конформация PPII, поскольку цис- изомер имеет более высокую энергию, чем транс-изомер . Его типичные двугранные углы (-75°, 160°) близки, но не идентичны углам спирали PPII. Однако спираль PPI представляет собой правостороннюю спираль и более плотно закручена, примерно с 3,3 остатками на оборот (а не с 3). Подъем на остаток в спирали PPI также намного меньше, примерно 1,9 Å. Опять же, в спирали поли-Pro I нет внутренних водородных связей как из-за отсутствия донорного атома H-связи, так и из-за того, что атомы азота и кислорода амида слишком удалены (опять примерно 3,8 Å) и ориентированы неправильно.
Структурные свойства
[ редактировать ]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 такое представление о полипролиновом пептиде как о «жестком стержне». [9] [10] Дальнейшие исследования с использованием терагерцовой спектроскопии и расчетов по теории функционала плотности показали, что полипролин на самом деле гораздо менее жесткий, чем первоначально предполагалось. [11] Взаимные превращения между спиральными формами полипролина PPII и PPI происходят медленно из-за высокой энергии активации цис-транс- изомеризации X-Pro ( E a ≈ 20 ккал/моль); однако это взаимное превращение может катализироваться специфическими изомеразами, известными как пролилизомеразы или PPIазы. Взаимное превращение спиралей PPII и PPI включает изомеризацию цис-транс -пептидной связи по всей пептидной цепи. Исследования, основанные на спектрометрии ионной подвижности, показали существование определенного набора промежуточных продуктов в этом процессе. [12]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Аджубей, Алексей А.; Штернберг, Майкл Дж. Э.; Макаров, Александр А. (2013). «Спираль полипролина-II в белках: структура и функция». Журнал молекулярной биологии . 425 (12): 2100–2132. дои : 10.1016/j.jmb.2013.03.018 . ISSN 0022-2836 . ПМИД 23507311 .
- ^ «ДССП» . pdb-redo.eu (на голландском языке) . Проверено 24 июля 2023 г.
- ^ Аджубей, Алексей А.; Штернберг, Майкл Дж. Э. (1993). «Левые спирали полипролина II обычно встречаются в глобулярных белках». Журнал молекулярной биологии . 229 (2): 472–493. дои : 10.1006/jmbi.1993.1047 . ISSN 0022-2836 . ПМИД 8429558 .
- ^ Дэвис, Питер Л.; Грэм, Лори А. (21 октября 2005 г.). «Богатые глицином антифризные белки от снежных блох». Наука . 310 (5747): 461. doi : 10.1126/science.1115145 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 16239469 .
- ^ Пентелюта, Брэд Л.; Гейтс, Закари П.; Терешко Валентина; Дашнау, Дженнифер Л.; Вандеркуи, Джейн М.; Косяков, Энтони А.; Кент, Стивен Б.Х. (1 июля 2008 г.). «Рентгеновская структура антифризного белка снежной блохи, определенная путем рацемической кристаллизации энантиомеров синтетического белка» . Журнал Американского химического общества . 130 (30): 9695–9701. дои : 10.1021/ja8013538 . ISSN 0002-7863 . ПМК 2719301 . ПМИД 18598029 .
- ^ Тревиньо, Мигель Анхель; Пантоха-Уседа, Дэвид; Менендес, Маргарита; Гомес, М. Виктория; Момпеан, Мигель; Лоранс, Дуглас В. (15 ноября 2018 г.). «Особый ЯМР-отпечаток спирального пучка полипролина II» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 140 (49): 16988–17000. дои : 10.1021/jacs.8b05261 . ПМИД 30430829 .
- ^ Кубышкин Владимир; Грейдж, Стефан Л.; Бюрк, Йохен; Ульрих, Энн С.; Будиса, Недилько (2018). «Трансмембранная полипролиновая спираль». Журнал физической химии . 9 (9): 2170–2174. doi : 10.1021/acs.jpclett.8b00829 . ПМИД 29638132 .
- ^ Кубышкин Владимир; Грейдж, Стефан Л.; Ульрих, Энн С.; Будиса, Недилько (2019). «Толщина бислоя определяет выравнивание модельных полипролиновых спиралей в липидных мембранах» . Физическая химия Химическая физика . 21 (40): 22396–22408. Бибкод : 2019PCCP...2122396K . дои : 10.1039/c9cp02996f . ПМИД 31577299 .
- ^ С. Дуз, Х. Нойвейлер, Х. Барш и М. Зауэр, Proc. Натл. акад. наук. США. 104, 17400 (2007)
- ^ М. Моради, В. Бабин, К. Роланд, Т. А. Дарден и К. Саги, Proc. Натл. акад. наук. США. 106, 20746 (2009)
- ^ MT Руджеро, Дж. Сибик, Дж. А. Зейтлер и Т. М. Кортер, Агнью. Химия. Межд. Эд. 55, 6877 (2016)
- ^ Эль-Баба, Тарик Дж.; Фуллер, Дэниел Р.; Хейлз, Дэвид А.; Рассел, Дэвид Х.; Клеммер, Дэвид Э. (2019). «Посредничество растворителя в пептидных конформациях: полипролиновые структуры в воде, метаноле, этаноле и 1-пропаноле, определенные с помощью спектрометрии ионной подвижности-масс-спектрометрии» . Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 30 (1): 77–84. Бибкод : 2019JASMS..30...77E . дои : 10.1007/s13361-018-2034-7 . ПМК 6503664 . ПМИД 30069641 .
