Prospect β
Β-sheet sau beta -sheet sau β-folded structure este a doua formă cea mai răspândită de structură secundară a proteinelor (prima este helixul alfa ), care constă din mai multe catene β dispuse unul lângă altul și legate între ele prin trei sau mai multe legături de hidrogen formând o structură plană foarte compactă. În detaliu, o secvență peptidică de aminoacizi (compusă în mod obișnuit din 5-10 aminoacizi) care este aranjată liniar și este capabilă să stabilească legături de hidrogen este definită ca filament β (echivalentul în engleză β-catena este frecvent utilizat).
Natura legăturii dintre CN este rigidă și acest lucru înseamnă că cei șase atomi care participă la legătura carbaminică se află pe același plan. Aceste planuri sunt dispuse, în structura β, în zig-zag cu un unghi de aproximativ 120º. Reziduurile de aminoacizi (lanțurile R) ies în afară deasupra și sub prospect alternativ.
Structura foii β este prezentă în mod obișnuit în fibroină (proteină care constituie mătase , dar și în pânza produsă de păianjeni ), unde foile sunt dispuse pe mai multe niveluri. În special, secvența specifică de aminoacizi a acestei proteine (repetări a trei aminoacizi mici , glicină , serină și alanină ) creează o țesătură de pieptene foarte compactă, care conferă rezistența cunoscută a mătăsii.
Studiul foilor β este, de asemenea, deosebit de relevant, deoarece asocierea degenerativă a structurilor de acest tip a fost observată în numeroase patologii umane, cum ar fi amiloidoza (inclusiv boala Alzheimer ).
Istorie
Prima structură a foii β a fost propusă de William Astbury în anii treizeci ai secolului trecut . El a propus ideea formării legăturilor de hidrogen între legăturile peptidice. În orice caz, Astbury nu avea datele geometriei legăturii necesare pentru a construi un model complet și precis (în special el nu știa că legătura peptidică este plană). O versiune sistematică a modelului a fost în cele din urmă propusă de Linus Pauling și Robert Corey în 1951 .
Structura și orientarea
 Formarea legăturilor de hidrogen (reprezentate prin linii punctate) într-o foaie β antiparalelă . |
Geometrie
Cele mai multe dintre catene β sunt dispuse adiacente una cu cealaltă, formând o rețea mare de legături de hidrogen, în care grupările amino ale unui schelet peptidic formează legături cu grupările carbonil ale catenei opuse. În fiecare filament unic, lanțurile laterale sunt dispuse perpendicular pe planul foii, orientate alternativ în sus și în jos. Catenele β adiacente se aliniază în așa fel încât respectivele C α să fie adiacente și ca lanțurile laterale respective să indice în aceeași direcție.
Aspectul plisat al filamentelor derivă din legătura chimică tetraedrică care se stabilește la C α . De exemplu, dacă un lanț lateral indică în sus, atunci legătura către trebuie să indice în mod necesar în jos, deoarece unghiul de legătură este de aproximativ 109,5º. Din pliu vine și faptul că distanța dintre Și este de aproximativ 6 Å și nu de 7,6 Å (2 × 3,8 Å) așteptate într-o legătură virtuală între două peptide trans. Distanța dintre doi atomi de C α în catene β care conțin legături de hidrogen este de aproximativ 5 Å.
În orice caz, foile β rareori prezintă o structură perfect plană; mai des au o ușoară răsucire, datorită chiralității aminoacizilor care îi compun. Unghiul diedru preferat din punct de vedere energetic, (φ, ψ) = (–135º, 135º) (care corespunde aproximativ regiunii din stânga sus a graficului Ramachandran ), este de fapt diferit de cel care ar caracteriza o conformație complet plană , (φ, ψ) = (–180º, 180º). [1] Răsucirea este adesea asociată cu fluctuații alternative ale unghiurilor diedrice, pentru a preveni răspândirea firelor individuale ale unui prospect spre exterior. Un bun exemplu în acest sens este acul de păr răsucit β vizibil în proteina BPTI .
Amenajarea legăturilor de hidrogen
Deoarece lanțurile peptidice au o direcționalitate conferită de capetele NTD ( N-terminal ) și CTD ( C-terminal ), catenele β pot fi definite și ca direcționale. Ele sunt adesea reprezentate, de fapt, de o săgeată îndreptată spre coada CTD. Prin urmare, filamentele β adiacente pot forma legături de hidrogen în moduri antiparalel, paralel sau mixt.
Aranjamentul antiparalel prevede că NTD-ul unui filament este dispus lângă CTD-ul filamentului adiacent. Acest aranjament produce o structură extrem de stabilă, deoarece permite legăturilor de hidrogen să fie plane (orientarea preferată). Conformarea foilor antiparalele, de fapt, permite stabilirea unui așa-numit cuplaj strâns de legături de hidrogen.
Foliile paralele, care constau din NTD-uri orientate toate în aceeași direcție, au o structură mai puțin stabilă, deoarece legăturile de hidrogen nu sunt plane. Faptul că este rar să găsești o foaie β paralelă cu mai puțin de cinci fire confirmă instabilitatea mai mare a structurii (care previne în mod eficient formarea de foi cu un număr redus de fire ). Formarea legăturilor de hidrogen, în special, se numește cuplare largă .
Un singur prospect poate prezenta, de asemenea, o structură mixtă. Astfel de aranjamente sunt mult mai puțin frecvente decât celelalte două, sugerând o instabilitate inerentă mai mare.
Formarea de legături de hidrogen în foile β poate evidenția problemele locale din anumite regiuni ale pachetului: aceste regiuni sunt definiți beta (umflături beta).
Dispunerea aminoacizilor în prospectul β
Aminoacizii cu reziduuri voluminoase și aromatice (de exemplu tirozină , fenilalanină și triptofan ), precum și unele ramificate și neîncărcate (cum ar fi treonina , valina și izoleucina ) se aranjează de obicei în centrul pliantelor. Alte tipuri particulare de aminoacizi (cum ar fi prolina ) sunt adesea poziționate la capete, probabil pentru a evita asocierile între diferite foi, la baza formării amiloidului .
Motive structurale comune
Motivul β-ac de păr
Un motiv structural foarte simplu care implică foile β este acul de păr β , în care două fire antiparalele sunt legate între ele printr-un segment de două până la cinci reziduuri de aminoacizi, de obicei incluzând o glicină și o prolină , care sunt capabile să își asume unghiurile diedrice necesare pentru a se aranja în cerc .
Adesea catenele simple pot fi, de asemenea, legate mai elaborat de segmente mai lungi, care uneori pot conține elici α sau chiar domenii proteice întregi.
Motivul cheii grecești
Motivul cheie greacă (din motivul cheie greacă engleză, cu referire la greaca ornamentală ) constă din patru filamente antiparalele adiacente și segmentele lor de îmbinare. În special, trei dintre aceste fire sunt conectate prin agrafe , în timp ce al patrulea este adiacent primului și conectat la al treilea printr-un segment mai lung. Aceste structuri se formează foarte frecvent în timpul proceselor de pliere .
Motivul β-α-β
Datorită chiralității aminoacizilor care le compun, toate filamentele prezintă o răsucire dreaptă, evidentă în majoritatea arhitecturilor cu foi β . În special, segmentul care leagă două filamente conține adesea o regiune elicoidală, caz în care structura generală se numește motiv β-α-β . Un motiv foarte similar, acela că β-α-β-α , formează cea mai comună structură terțiară în proteine, butoiul TIM .
Motivul Β-meandrului
Un motiv structural foarte simplu este unul alcătuit din două sau mai multe fire antiparalele consecutive, legate între ele printr-un ac de păr . [2] [3] . Acest motiv, definit β-meandru (de la termenul meandru , care în engleză se referă la motivele ornamentale repetate menționate mai sus) este foarte comun în β-foi și este frecvent în arhitecturi precum β-butoaie și β-elice .
Dantelă Ψ motiv
Modelul Laccio-Ψ (în engleză, Ψ-Loop ) constă din două filamente antiparalele cu un filament care este dispus în interiorul lor, legate de legături de hidrogen . [4] Acest motiv este rar, deoarece formarea sa pare semnificativ dezavantajată în timpul proceselor de pliere a proteinelor . Laccio-Ψ a fost evidențiat pentru prima dată în familia proteazei cu acid aspartic , inclusiv pepsină , renină , renină și catepsină D. [5]
Arhitecturi structurale ale proteinelor β-sheet
Conform clasificării SCOP [6] , foile β sunt prezente în domeniile de proteine all-β , α + β și α / β . Domeniile all-β sunt capabile să formeze butoaie β , sandvișuri β , prisme β , elice β și elice β .
Topologie structurală
Topologia unei foi β este descrierea ordinii firelor β care alcătuiesc foaia însăși. De exemplu, domeniul flavodoxinei are o foaie β paralelă compusă din cinci filamente cu topologia 21345; aceasta înseamnă că al doilea și al cincilea filament sunt dispuse la capete și se leagă cu legături de hidrogen, respectiv, cu filamentul 1 și 4, care intră și în contact cu 3, care este dispus în centru. Conform aceluiași principiu, motivul cheie greacă menționat mai sus are topologia 4123.
Prin urmare, structura secundară a unei foi poate fi descrisă pe scurt oferind numărul de filamente, topologia și orientarea paralelă sau antiparalelă.
Mai mult, foile β pot fi deschise (cu două filamente la capete) sau închise (ca în conformațiile cu butoaie, care nu au capete). Mai multe foi deschise pot fi asamblate față în față sau cap la cap , formând o singură foaie β mare.
helice paralele β
O helix β se formează în prezența unităților structurale repetate compuse din două sau trei catene β scurte și legate prin segmente scurte. Aceste unități se stivuiesc una peste alta pentru a forma o structură elicoidală. Toate filamentele sunt aranjate într-o manieră aproximativ plană, cu o suprafață rezultată care apare plană, cu forma unei prisme triunghiulare . O astfel de structură se găsește, de exemplu, în enzima pectat-liază , care are o helică cu două fire. O helix cu trei fire mai complexă este prezentă în proteina de coadă a bacteriofagului P22 . [7]
Β pliante în patologie
Unele proteine, dezordonate sau alcătuite din alfa-helice în condiții normale, pot forma structuri oligomerice formate din cantități mari de foi β în condiții patologice (așa cum se întâmplă în cazul formării β- amiloidului ). O tulburare indusă de acest tip de tulburare este boala Alzheimer . [8]
Notă
- ^ Voet D, Voet JG. (2004). Biochimie Vol 1 ed. A III-a. Wiley. Vezi special. pp. 227-231.
- ^ SCOP: Fold: WW-like domain , on scop.mrc-lmb.cam.ac.uk . Adus la 26 decembrie 2008 (arhivat din original la 4 februarie 2012) .
- ^ PPS '96 - Structură super secundară
- ^ Hutchinson E. & Thornton J. 1996, „Programul Promotif-A pentru identificarea și analiza motivelor structurale în proteine”, Protein Science , vol. 5, pp. 212-220.
- ^ Hutchinson E. și Thornton J. 1990, "Programul HERA-A pentru a desena diagrame schematice ale structurilor secundare proteice", Proteine: Structure, Function, and Genetics , vol. 8, pp. 203-212.
- ^ Clasificarea structurală a proteinelor. Arhivat la 11 septembrie 2007 la Internet Archive .
- ^ Carl Branden și John Tooze. 1999. Introducere în structura proteinelor ediția a II-a. Editura Garland: New York, NY. Vezi special. pp 20-32 și cap. 5.
- ^ Nelson R, Sawaya MR, Balbirnie M, Madsen AO, Riekel C, Grothe R, Eisenberg D. 2005. Structura coloanei vertebrale beta-cross a fibrilelor asemănătoare amiloidului. Natura 435: 773-8.
Bibliografie
- Cooper, J. „Super Secondary Structure - Part II” , 31 mai 1996. Accesat la 25 mai 2007.
- Clasificarea structurală a proteinelor (SCOP) „Beta-meandru deschis” , 20 octombrie 2006. Ultima accesare: 31 mai 2007.
Elemente conexe
linkuri externe
- ( EN ) Model interactiv al unei foi β antiparalel , la www2.ufp.pt. Adus la 26 decembrie 2008 (arhivat din original la 15 martie 2012) .
- ( EN ) Model interactiv al unei foi β antiparalel , la www2.ufp.pt. Adus la 26 decembrie 2008 (arhivat din original la 4 iulie 2012) .
- ( EN ) Detalii animate ale unei foi β [ link rupt ] , la www3.interscience.wiley.com:8100 .