Die Alpha-Helix ist die einfachste Sekundärstruktur, die ein Protein je nach Steifheit und Rotationsfreiheit der Bindungen zwischen seinen Aminosäureresten im Weltraum annehmen kann.
Es ist gekennzeichnet durch die Spiralform, in der die Aminosäuren angeordnet sind, die um eine imaginäre Längsachse angeordnet zu sein scheinen, wobei die R-Gruppen nach außen weisen.
Diagramm der Alpha-Helix-Struktur (Alejandro Porto, über Wikimedia Commons)
Alpha-Helices wurden erstmals 1951 von Pauling et al. Beschrieben, die verfügbare Daten zu interatomaren Abständen, Bindungswinkeln und anderen Strukturparametern von Peptiden und Aminosäuren verwendeten, um die wahrscheinlichsten Konfigurationen vorherzusagen, die die Ketten annehmen könnten. Polypeptide.
Die Beschreibung der Alpha-Helix ergab sich aus der Suche nach allen möglichen Strukturen in einer Peptidkette, die durch Wasserstoffbrücken stabilisiert wurden, wobei die Reste stöchiometrisch äquivalent waren und die Konfiguration von jeder planar war, wie aus den Daten von hervorgeht Resonanz der bisher verfügbaren Peptidbindungen.
Diese Sekundärstruktur ist die häufigste unter Proteinen und wird sowohl von löslichen Proteinen als auch von integralen Membranproteinen übernommen. Es wird angenommen, dass mehr als 60% der Proteine in Form einer Alpha-Helix oder eines Beta-Faltblatts vorliegen.
Struktur
Im Allgemeinen weist jede Umdrehung einer Alpha-Helix durchschnittlich 3,6 Aminosäurereste auf, was einer Länge von ungefähr 5,4 Å entspricht. Drehwinkel und Längen variieren jedoch von Protein zu Protein unter strikter Abhängigkeit von der Aminosäuresequenz der Primärstruktur.
Die meisten Alpha-Helices haben eine Rechtskurve, aber es ist jetzt bekannt, dass Proteine mit Alpha-Helices mit Linkskurven existieren können. Die Bedingung für das Auftreten des einen oder anderen ist, dass alle Aminosäuren in derselben Konfiguration (L oder D) vorliegen, da sie für die Richtung des Spins verantwortlich sind.
Die Stabilisierung dieser wichtigen Strukturmotive für die Proteinwelt erfolgt durch Wasserstoffbrücken. Diese Bindungen treten zwischen dem Wasserstoffatom, das an den elektronegativen Stickstoff einer Peptidbindung gebunden ist, und dem elektronegativen Carbonsauerstoffatom der Aminosäure vier Positionen weiter im N-terminalen Bereich in Bezug auf sich selbst auf.
Jede Umdrehung der Helix ist wiederum durch Wasserstoffbrücken mit der nächsten verbunden, die für die Erreichung der Gesamtstabilität des Moleküls wesentlich sind.
Nicht alle Peptide können stabile Alpha-Helices bilden. Dies ist durch die intrinsische Fähigkeit jeder Aminosäure in der Kette gegeben, Helices zu bilden, die in direktem Zusammenhang mit der chemischen und physikalischen Natur ihrer R-Gruppen steht.
Beispielsweise können bei einem bestimmten pH-Wert viele polare Reste dieselbe Ladung annehmen, so dass sie nicht nacheinander in eine Helix gebracht werden können, da die Abstoßung zwischen ihnen eine große Verzerrung bedeuten würde.
Die Größe, Form und Position von Aminosäuren sind ebenfalls wichtige Determinanten der Helixstabilität. Ohne weiter zu gehen, könnten Reste wie Asn, Ser, Thr und Cys, die eng in der Sequenz positioniert sind, auch die Alpha-Helix-Konfiguration negativ beeinflussen.
In gleicher Weise hängen die Hydrophobizität und Hydrophilie der alpha-helikalen Segmente in einem gegebenen Peptid ausschließlich von der Identität der R-Gruppen der Aminosäuren ab.
In integralen Membranproteinen sind Alpha-Helices reich an Resten mit stark hydrophobem Charakter, die für die Insertion und Konfiguration der Segmente zwischen den apolaren Schwänzen der Phospholipidbestandteile unbedingt erforderlich sind.
Lösliche Proteine haben andererseits Alpha-Helices, die reich an polaren Resten sind, was eine bessere Wechselwirkung mit dem im Zytoplasma oder in den Zwischenräumen vorhandenen wässrigen Medium ermöglicht.
Funktionale Bedeutung
Alpha-Helix-Motive haben eine Vielzahl biologischer Funktionen. Spezifische Interaktionsmuster zwischen den Helices spielen eine entscheidende Rolle bei der Funktion, Assemblierung und Oligomerisierung sowohl von Membranproteinen als auch von löslichen Proteinen.
Diese Domänen sind in vielen Transkriptionsfaktoren vorhanden, die im Hinblick auf die Regulation der Genexpression wichtig sind. Sie sind auch in Proteinen mit struktureller Relevanz und in Membranproteinen vorhanden, die Transport- und / oder Signalübertragungsfunktionen verschiedener Art haben.
Hier sind einige klassische Beispiele für Proteine mit Alpha-Helices:
Myosin
Myosin ist eine Aktin-aktivierte ATPase, die für die Muskelkontraktion und eine Vielzahl von Formen der Zellmobilität verantwortlich ist. Sowohl muskulöse als auch nicht-muskuläre Myosine bestehen aus zwei kugelförmigen Regionen oder "Köpfen", die durch einen langen alpha-helikalen "Schwanz" miteinander verbunden sind.
Kollagen
Ein Drittel des gesamten Proteingehalts des menschlichen Körpers wird durch Kollagen repräsentiert. Es ist das am häufigsten vorkommende Protein im extrazellulären Raum und seine charakteristische Eigenschaft ist ein Strukturmotiv, das aus drei parallelen Strängen mit einer linkshändigen helikalen Konfiguration besteht, die sich zu einer rechtsdrehenden Dreifachhelix verbinden.
Keratin
Keratine sind eine Gruppe filamentbildender Proteine, die von einigen Epithelzellen in Wirbeltieren produziert werden. Sie sind der Hauptbestandteil der Nägel, Haare, Krallen, der Schale von Schildkröten, Hörnern und Federn. Ein Teil seiner fibrillären Struktur besteht aus Alpha-Helix-Segmenten.
Keratin-Strukturierung (Mlpatton, aus Wikimedia Commons)
Hämoglobin
Sauerstoff im Blut wird durch Hämoglobin transportiert. Der Globinanteil dieses tetrameren Proteins besteht aus zwei identischen Alpha-Helices mit jeweils 141 Resten und zwei Beta-Ketten mit jeweils 146 Resten.
Proteine vom Typ "Zinkfinger"
Eukaryontische Organismen besitzen eine große Fülle von zinkfingerähnlichen Proteinen, die für verschiedene Zwecke funktionieren: DNA-Erkennung, RNA-Verpackung, Transkriptionsaktivierung, Apoptoseregulierung, Proteinfaltung usw. Viele Zinkfingerproteine haben Alpha-Helices als Hauptbestandteil ihrer Struktur und sind für ihre Funktion wesentlich.
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