Struktur heliks alfa dan kepentingan fungsional



itu alfa helix adalah struktur sekunder paling sederhana yang dapat diadopsi protein di luar angkasa sesuai dengan kekakuan dan kebebasan rotasi ikatan antara residu asam amino..

Hal ini ditandai dengan bentuk spiral di mana asam amino disusun, yang tampaknya diatur di sekitar sumbu longitudinal imajiner dengan gugus R di luar ini..

Heliks alfa pertama kali dideskripsikan pada tahun 1951 oleh Pauling dan rekannya, yang menggunakan data yang tersedia tentang jarak interatomik, sudut tautan, dan parameter struktural peptida dan asam amino lainnya untuk memprediksi konfigurasi yang paling mungkin diasumsikan oleh rantai. polipeptida.

Deskripsi alfa heliks muncul dari pencarian untuk semua struktur yang mungkin dalam rantai peptida yang distabilkan oleh ikatan hidrogen, di mana residu setara secara stoikiometri dan konfigurasi masing-masing adalah planar, seperti yang ditunjukkan oleh data dari resonansi ikatan peptida yang tersedia untuk tanggal tersebut.

Struktur sekunder ini adalah yang paling umum di antara protein, dan diadopsi oleh protein terlarut dan protein membran integral. Dipercayai bahwa lebih dari 60% protein ada dalam bentuk heliks alfa atau lembaran beta.

Indeks

  • 1 Struktur
  • 2 Pentingnya fungsional
    • 2.1 Miosin
    • 2.2 Kolagen
    • 2.3 Keratin
    • 2.4 Hemoglobin
    • 2.5 Jenis protein "jari seng"
  • 3 Referensi

Struktur

Secara umum, setiap belokan alpha helix memiliki rata-rata 3,6 residu asam amino, yang kira-kira setara dengan panjang 5,4 Å. Namun, sudut dan panjang rotasi bervariasi dari satu protein ke protein lainnya dengan ketergantungan yang kuat pada urutan asam amino dari struktur primer.

Kebanyakan heliks alfa memiliki belokan tangan kanan, tetapi saat ini diketahui bahwa protein dengan heliks alfa dapat eksis dengan belokan kidal. Kondisi untuk satu atau yang lain terjadi adalah bahwa semua asam amino berada dalam konfigurasi yang sama (L atau D), karena mereka bertanggung jawab atas arah pergantian..

Stabilisasi alasan struktural penting ini bagi dunia protein diberikan oleh ikatan hidrogen. Ikatan ini terjadi antara atom hidrogen yang melekat pada nitrogen elektronegatif dari ikatan peptida dan atom oksigen karboksilat elektronegatif dari asam amino empat posisi kemudian, di wilayah terminal-N sehubungan dengan dirinya sendiri..

Setiap belokan heliks, pada gilirannya, terkait dengan ikatan hidrogen berikutnya, yang mendasar untuk mencapai stabilitas keseluruhan molekul.

Tidak semua peptida dapat membentuk heliks alfa stabil. Ini diberikan oleh kapasitas intrinsik masing-masing asam amino dalam rantai untuk membentuk heliks, yang secara langsung terkait dengan sifat kimia dan fisik dari kelompok R substituennya..

Sebagai contoh, pada pH tertentu banyak residu polar dapat memperoleh muatan yang sama, sehingga mereka tidak dapat ditempatkan secara berurutan dalam heliks karena tolakan di antara mereka akan menyiratkan distorsi yang besar di dalamnya..

Ukuran, bentuk dan posisi asam amino juga merupakan penentu penting dari stabilitas heliks. Tanpa melangkah lebih jauh, residu seperti Asn, Ser, Thr dan Cys yang diposisikan dalam kedekatan dalam urutan juga dapat memiliki efek negatif pada konfigurasi alpha helix..

Dengan cara yang sama, hidrofobisitas dan hidrofilisitas segmen alfa heliks dalam peptida yang diberikan bergantung secara eksklusif pada identitas gugus R dari asam amino.

Dalam protein membran integral terdapat heliks alfa melimpah dengan residu yang memiliki karakter hidrofob yang kuat, sangat diperlukan untuk penyisipan dan konfigurasi segmen antara ekor apolar dari fosfolipid konstituen.

Sebaliknya, protein terlarut memiliki heliks alfa yang kaya akan residu polar, yang memungkinkan interaksi yang lebih baik dengan medium berair yang ada dalam sitoplasma atau ruang interstitial..

Kepentingan fungsional

Motif alfa helix memiliki berbagai fungsi biologis. Pola interaksi spesifik antara heliks memainkan peran penting dalam fungsi, perakitan, dan oligomerisasi protein membran dan protein terlarut.

Domain-domain ini hadir dalam banyak faktor transkripsi, penting dari sudut pandang regulasi ekspresi gen. Mereka juga hadir dalam protein dengan relevansi struktural dan protein membran yang memiliki fungsi transportasi dan / atau transmisi sinyal dari berbagai jenis.

Berikut adalah beberapa contoh klasik protein dengan heliks alfa:

Myosin

Myosin adalah ATPase yang diaktifkan oleh aktin yang bertanggung jawab untuk kontraksi otot dan berbagai bentuk mobilitas sel. Baik myosin otot dan non-otot terdiri dari dua daerah atau "kepala" bundar yang dihubungkan bersama oleh "ekor" alfa heliks yang panjang..

Kolagen

Sepertiga dari total kandungan protein tubuh manusia diwakili oleh kolagen. Ini adalah protein paling melimpah di ruang ekstraseluler dan memiliki ciri khas motif struktural yang terdiri dari tiga helai paralel dengan konfigurasi tangan kiri heliks, yang bergabung bersama untuk membentuk heliks tiga dengan arah searah jarum jam.

Keratin

Keratin adalah kelompok protein pembentuk filamen yang diproduksi oleh beberapa sel epitel pada vertebrata. Mereka adalah komponen utama kuku, rambut, cakar, cangkang kura-kura, tanduk dan bulu. Bagian dari struktur fibrilarnya dibentuk oleh segmen alpha helix.

Hemoglobin

Oksigen dalam darah diangkut oleh hemoglobin. Bagian globin dari protein tetrameric ini terdiri dari dua heliks alfa identik masing-masing 141 residu, dan dua rantai beta dari 146 residu masing-masing..

Protein tipe "jari seng"

Organisme eukariotik memiliki banyak protein seng-jari, yang berfungsi untuk berbagai tujuan: pengenalan DNA, pengemasan RNA, aktivasi transkripsional, pengaturan apoptosis, pelipatan protein, dll. Banyak protein jari seng memiliki heliks alfa sebagai komponen utama struktur mereka dan sangat penting untuk fungsinya.

Referensi

  1. Aurora, R., Srinivasan, R., & Rose, G. D. (1994). Aturan untuk Pemutusan a-alpha-Helix oleh Glycine. Sains, 264(5162), 1126-1130.
  2. Blaber, M., Zhang, X., & Matthews, B. (1993). Dasar struktural dari kecenderungan asam amino alpha helix. Sains, 260(1), 1637-1640.
  3. Brennan, R. G., & Matthews, B. W. (1989). Motif pengikat DNA helix-turn-helix. Jurnal Kimia Biologis, 264(4), 1903-1906.
  4. Eisenberg, D. (2003). Penemuan fitur struktural protein alpha-helix dan beta-sheet, utama. Pnas, 100(20), 11207-11210. Huggins, M. L. (1957). Struktur alfa keratin. Kimia, 43, 204-209.
  5. Klement, W., Willens, R., & Duwez, P. (1960). Struktur mioglobin. Alam, 185, 422-427.
  6. Laity, J. H., Lee, B. M., & Wright, P. E. (2001). Protein jari seng: Wawasan baru tentang keragaman struktural dan fungsional. Opini Saat Ini dalam Biologi Struktural, 11(1), 39-46.
  7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Biologi Sel Molekuler (Edisi ke-5). Freeman, W. H. & Company.
  8. Luckey, M. (2008). Biologi struktural membran: dengan dasar biokimia dan biofisik. Cambridge University Press. Diperoleh dari www.cambridge.org/9780521856553
  9. McKay, M. J., Afrose, F., Koeppe, R. E., & Greathouse, D.V. (2018). Pembentukan helix dan stabilitas dalam membran. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembranes, 1860(10), 2108-2117.
  10. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Prinsip Lehninger Biokimia. Edisi Omega (Edisi ke-5).
  11. Pauling, L., Corey, R. B., & Branson, H. R. (1951). Struktur protein: dua konfigurasi heliks ikatan hidrogen dari rantai polipeptida. Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional Amerika Serikat, 37, 205-211.
  12. Perutz, M. F. (1978). Struktur hemoglobin dan transportasi pernapasan. Scientific American, 239(6), 92-125.
  13. Scholtz, J. M., & Baldwin, R. L. (1992). Mekanisme Pembentukan alpha-Helix oleh Peptides. Tinjauan Tahunan Biofisika dan Struktur Biomolekul, 21(1), 95-118.
  14. Shoulders, M. D., & Raines, R. T. (2009). Struktur dan Stabilitas Kolagen. Tinjauan Tahunan Biokimia, 78(1), 929-958.
  15. Subramaniams, A., Jones, W.K., Gulick, J., & Neumannli, J. (1991). Regulasi spesifik jaringan dari promotor gen rantai berat alfa-Myosin pada tikus transgenik. Jurnal Kimia Biologis, 266(36), 24613-24620.
  16. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, M.A. (2016). Keratin: Struktur, sifat mekanik, kejadian pada organisme biologis, dan upaya bioinspirasi. Kemajuan dalam Ilmu Material. Elsevier Ltd.
  17. Warrick, H. M., & Spudich, J. a. (1987). Struktur dan fungsi myosin dalam motilitas sel. Ulasan Tahunan Biologi Sel, 3, 379-421.
  18. Zhang, S. Q., Kulp, D. W., Schramm, C. A., Mravic, M., Samish, I., & Degrado, W. F. (2015). Interaksi-heliks-heliks protein-membran dan terlarut: Geometri yang serupa melalui interaksi yang berbeda. Struktur, 23(3), 527-541