סליל אלפא הוא המבנה המשני פשוט כי חלבון יכול לאמץ בחלל פי הקשיחות וחופש סיבוב של אג"ח בין שאריות חומצת אמינו שלה.
היא מאופיינת על ידי הצורה הספירלית בה מסודרות חומצות האמינו, שנראות מסודרות סביב ציר אורך דמיוני כשקבוצות R פונות אל הצד החיצוני שלו.
תרשים של מבנה הסליל אלפא (אלחנדרו פורטו, באמצעות ויקישיתוף Commons)
מסוקי אלפא תוארו לראשונה בשנת 1951 על ידי פאולינג ואח ', שהשתמשו בנתונים זמינים על מרחקים בין אטומיים, זוויות קשר ופרמטרים מבניים אחרים של פפטידים וחומצות אמינו כדי לחזות את התצורות הסבירות ביותר שרשתות יכלו להניח. פוליפפטידים.
התיאור של סליל האלפא נבע מהחיפוש אחר כל המבנים האפשריים בשרשרת פפטיד שהתייצבו על ידי קשרי מימן, שם המשקעים היו שקולים סטוכיומטריים והתצורה של כל אחד מהם הייתה מישורית, כפי שעולה מהנתונים של תהודה של קשרי הפפטיד שהיו זמינים עד כה.
מבנה משני זה הוא הנפוץ ביותר בקרב חלבונים, והוא מאומץ על ידי חלבונים מסיסים וחלבוני קרום אינטגרליים. ההערכה היא כי יותר מ- 60% מהחלבונים קיימים בצורה של סליל אלפא או גיליון בטא.
מִבְנֶה
באופן כללי, לכל תור של סליל אלפא יש בממוצע 3.6 שאריות חומצות אמינו, שאורכן בערך 5.4 Å. עם זאת, זוויות ואורכי הפנייה משתנים מחלבון לחלבון עם תלות קפדנית ברצף חומצות האמינו של המבנה הראשוני.
לרוב מספרי האלפא יש סיבוב ימני, אך כיום ידוע כי קיימים חלבונים עם מסות אלפא עם פניות יד שמאל. התנאי להתרחשות כזה או אחר הוא שכל חומצות האמינו נמצאות באותה תצורה (L או D), מכיוון שהן אחראיות לכיוון הסיבוב.
ייצוב המוטיבים המבניים החשובים הללו לעולם החלבונים ניתן על ידי קשרי מימן. קשרים אלה מתרחשים בין אטום המימן המחובר לחנקן האלקטרוני-נגטיבי של קשר פפטיד לבין אטום החמצן הקרבוקסילי האלקטרוני-נגיף של חומצת האמינו ארבע עמדות נוספות, באזור ה- N- מסופי ביחס לעצמו.
לכל סיבוב של הסליל, בתורו, מצורפים קשרי מימן לשני הבאים, החיוניים להשגת היציבות הכוללת של המולקולה.
לא כל הפפטידים יכולים ליצור סיבובי אלפא יציבים. זה ניתן על ידי היכולת המהותית של כל חומצת אמינו בשרשרת ליצירת מסוקים, הקשורה ישירות לאופי הכימי והפיזי של קבוצות R המתחלפות בה.
לדוגמה, ב pH מסוים, שאריות קוטב רבות יכולות להשיג את אותו מטען, כך שלא ניתן יהיה לאתר אותן ברציפות בסליל מכיוון שהדחייה ביניהן מרמזת על עיוות גדול בה.
גודלם, צורתם ומיקומם של חומצות האמינו הם גם מכריעים ליציבות הסלרית. מבלי להמשיך הלאה, שאריות כמו Asn, Ser, Thr ו- Cys הממוקמות מקרוב ברצף יכולות גם להשפיע לרעה על התצורה של סליל האלפא.
באותה דרך, ההידרופוביות וההידרופיליות של מקטעי הסלפא האלפא ב פפטיד נתון תלויים אך ורק בזהות הקבוצות R של חומצות האמינו.
בחלבוני קרום אינטגרליים, יש מסות אלפא בשפע עם שאריות בעלות אופי הידרופובי חזק, הכרחי בהחלט להכנסת התצורה של הקטעים בין הזנבות האפולאריים של הפוספוליפידים המרכיבים אותם.
לעומת זאת, חלבונים מסיסים מחזיקים בסלפי אלפא העשירים בשאריות קוטביות, המאפשרים אינטראקציה טובה יותר עם המדיום המימי המצוי בציטופלזמה או בחללים הביניים.
חשיבות תפקודית
מוטיבים לסליל אלפא כוללים מגוון רחב של פונקציות ביולוגיות. דפוסי אינטראקציה ספציפיים בין הסיבוכים ממלאים תפקיד קריטי בתפקוד, בהרכבה ובאוליגומריזציה של חלבוני הממברנה וגם של חלבונים מסיסים.
תחומים אלה קיימים בגורמי שעתוק רבים, חשובים מנקודת המבט של ויסות ביטוי הגנים. הם קיימים גם בחלבונים בעלי רלוונטיות מבנית ובחלבוני ממברנה שיש להם פונקציות הובלה ו / או איתות מסוגים שונים.
להלן כמה דוגמאות קלאסיות לחלבונים עם מסות אלפא:
שְׁרִירָן
מיוזין הוא ATPase המופעל על ידי אקטין האחראי על התכווצות השרירים ומגוון צורות של ניידות תאים. מיוזינים שריריים וגם לא שריריים מורכבים משני אזורים כדוריים או "ראשים" המקושרים זה לזה באמצעות "זנב ארוך" סליל ארוך.
קולגן
שליש מתכולת החלבון הכוללת בגוף האדם מיוצגת על ידי קולגן. זהו החלבון השופע ביותר במרחב החוץ תאי, והמאפיין הבולט שלו הוא מוטיב מבני המורכב משלושה גדילים מקבילים בעלי תצורת סליל ידנית שמאלנית, המצטרפים ליצירת סליל משולש של חוש דקסטרוטורי.
קרטין
קרטינים הם קבוצה של חלבונים יוצרי נימה המיוצרים על ידי חלק מתאי האפיתל בחוליות. הם המרכיב העיקרי בציפורניים, שיער, טפרים, מעטפת הצבים, הקרניים והנוצות. חלק ממבנה הסיבית שלו מורכב מקטעי סליל אלפא.
מבנה של קרטין (Mlpatton, מתוך ויקימדיה Commons)
הֵמוֹגלוֹבִּין
חמצן בדם נישא על ידי המוגלובין. החלק הגלובין של חלבון טטראמרי זה מורכב משני מסות אלפא זהות של 141 שאריות כל אחת, ושתי שרשראות בטא של 146 שאריות כל אחת.
חלבונים מסוג 'אצבע אבץ'
אורגניזמים אוקריוטים מחזיקים בשפע רב של חלבוני אצבע אבץ, המתפקדים למטרות שונות: זיהוי DNA, אריזת RNA, הפעלה תעתיקתית, ויסות אפופטוזיס, קיפול חלבונים וכו '. לחלבוני אצבע אבץ רבים יש מסניפי אלפא כמרכיב העיקרי במבנהם והם חיוניים לתפקודם.
הפניות
- אורורה, ר., סרניוואסן, ר. ורוז, GD (1994). כללים לסיום א-אלפא-הליקס על ידי גליצין. מדע, 264 (5162), 1126-1130.
- Blaber, M., Zhang, X., & Matthews, B. (1993). בסיס מבני של נטיית חומצה אמינית אלפא סליל. מדע, 260 (1), 1637-1640.
- ברנן, RG ומתיוס, BW (1989). מוטיב ה- DNA הסליל-פונה-סליל. כתב העת לכימיה ביולוגית, 264 (4), 1903-1906.
- אייזנברג, ד (2003). הגילוי של התכונות המבניות של חלבונים אלפא-סליל וגיליון בטא, העיקרי. פנס, 100 (20), 11207-11210. Huggins, ML (1957). המבנה של אלפא קרטין. כימיה, 43, 204-209.
- קלמנט, וו., וילנס, ר. ודובז, פ. (1960). מבנה מיוגלובין. טבע, 185, 422-427.
- Laity, JH, Lee, BM, & Wright, PE (2001). חלבוני אצבע אבץ: תובנות חדשות על מגוון מבני ופונקציונאלי. חוות דעת נוכחית בביולוגיה מבנית, 11 (1), 39–46.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). ביולוגיה מולקולרית של התא (מהדורה חמישית). פרימן, WH & Company.
- Luckey, M. (2008). ביולוגיה מבנית ממברנת: עם יסודות ביוכימיים וביו-פיזיים. הוצאת אוניברסיטת קיימברידג '. נשלח מ- www.cambridge.org/9780521856553
- McKay, MJ, Afrose, F., Koeppe, RE, & Greathouse, DV (2018). היווצרות סליל ויציבות בקרומים. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembranes, 1860 (10), 2108–2117.
- נלסון, DL ו- Cox, MM (2009). עקרונות לינגינגר של ביוכימיה. מהדורות אומגה (מהדורה חמישית).
- Pauling, L., Corey, RB, and Branson, HR (1951). מבנה החלבונים: שתי תצורות סליל קשורות מימן של שרשרת הפוליפפטיד. הליכי האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית של אמריקה, 37, 205–211.
- פרוץ, מ.פ (1978). מבנה המוגלובין והובלת נשימה. סיינטיפיק אמריקן, 239 (6), 92–125.
- Scholtz, JM, & Baldwin, RL (1992). המנגנון של היווצרות אלפא-הליקס על ידי פפטידים. סקירה שנתית של הביופיזיקה והמבנה הבי-מולקולרי, 21 (1), 95–118.
- Shoulders, MD, & Raines, RT (2009). מבנה קולגן ויציבות. סקירה שנתית של ביוכימיה, 78 (1), 929-958.
- Subramaniams, A., Jones, WK, Gulick, J., and Neumannli, J. (1991). ויסות ספציפי לרקמות של מקדם הגן האלף-מיוזין בכבד, בעכברים מהונדסים. כתב העת לכימיה ביולוגית, 266 (36), 24613–24620.
- Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, MA (2016). קרטין: מבנה, תכונות מכניות, התרחשות באורגניזמים ביולוגיים ומאמצים להזרמת ביו. התקדמות במדע החומרים. אלסביאר בע"מ
- Warrick, HM, & Spudich, J. a. (1987). מבנה ותפקוד של מיוזין בתנועתיות התא. סקירה שנתית של ביולוגיה של התא, 3, 379–421.
- Zhang, SQ, Kulp, DW, Schramm, CA, Mravic, M., Samish, I., & Degrado, WF (2015). אינטראקטום הליל-חליל מסיס-ממברנה ומסיס: גיאומטריה דומה באמצעות אינטראקציות שונות. מבנה, 23 (3), 527–541