La hoja alfa (también conocida como hoja plisada alfa o hoja plisada polar ) es una estructura secundaria atípica en las proteínas , propuesta por primera vez por Linus Pauling y Robert Corey en 1951. [1] [2] [3] El patrón de enlace de hidrógeno en una hoja alfa es similar a la de una hoja beta , pero la orientación de los grupos carbonilo y amino en el enlace peptídicounidades es distintivo; en una sola hebra, todos los grupos carbonilo están orientados en la misma dirección en un lado del pliegue y todos los grupos amino están orientados en la misma dirección en el lado opuesto de la hoja. Así, la hoja alfa acumula una separación inherente de carga electrostática , con un borde de la hoja exponiendo grupos carbonilo cargados negativamente y el borde opuesto exponiendo grupos amino cargados positivamente. A diferencia de la hélice alfa y la hoja beta , la configuración de la hoja alfa no requiere que todos los residuos de aminoácidos componentes se encuentren dentro de una única región de ángulos diedros ; en cambio, la hoja alfa contiene residuos de diedros alternos en el tradicional diestro (αR ) y regiones helicoidales izquierdas (α L ) del espacio de Ramachandran . Aunque la hoja alfa sólo se observa raramente en estructuras de proteínas naturales , se ha especulado que juega un papel en la enfermedad amiloide [4] y se encontró que es una forma estable de proteínas amiloidogénicas en simulaciones de dinámica molecular . [5] [6] También se han observado láminas alfa en estructuras de cristalografía de rayos X de péptidos diseñados. [4]
Evidencia experimental
Cuando Pauling y Corey propusieron por primera vez la hoja alfa, sugirieron que estaba de acuerdo con los resultados de difracción de fibras de las fibras de beta-queratina . [2] Sin embargo, dado que la hoja alfa no parecía ser energéticamente favorable, argumentaron que las hojas beta se producirían con mayor frecuencia entre las proteínas normales, [3] y la posterior demostración de que la beta-queratina está hecha de hojas beta consignó la propuesta de hoja alfa. a la oscuridad. Sin embargo, la conformación de la hebra alfa se observa en casos aislados en proteínas en estado nativo como se resuelve mediante cristalografía de rayos X o RMN de proteínas , aunque no se identifica una hoja alfa extendida en ninguna proteína natural conocida. Las proteínas nativas que contienen regiones de cadena alfa o enlaces de hidrógeno con patrón de hoja alfa incluyen canales de sinaptotagmina , lisozima y potasio , donde las cadenas alfa recubren el poro conductor de iones. [4]
Se ha presentado evidencia de la existencia de hoja alfa en una forma mutante de transtiretina. [7] conformaciones Alpha-hoja se han observado en las estructuras cristalinas de péptidos no naturales cortas, especialmente las que contienen una mezcla de L y D amino ácidos . La primera estructura cristalina que contiene una hoja alfa se observó en el tripéptido protegido Boc - Ala L - a - Ile D - Ile L - O Me . [8] Otros péptidos que asumen estructuras de lámina alfa incluyen di taparon fenil - glicina basados en dipéptidos [9] y tripéptidos. [10]
Papel en la amiloidogénesis
La lámina alfa se ha propuesto como un posible estado intermedio en el cambio conformacional en la formación de amiloides fibrillas por péptidos y proteínas tales como beta amiloide , repeticiones poli-glutamina , lisozima , priones proteínas, y transtiretina repeticiones, todos los cuales están asociados con Enfermedad de plegamiento incorrecto de proteínas . Por ejemplo, la beta amiloide es un componente importante de las placas amiloides en el cerebro de los pacientes con enfermedad de Alzheimer , [6] y las repeticiones de poliglutamina en la proteína huntingtina están asociadas con la enfermedad de Huntington . [11] Estas proteínas experimentan un cambio conformacional de estructuras en espiral o de hélice alfa en gran parte aleatorias a estructuras de láminas beta altamente ordenadas que se encuentran en las fibrillas de amiloide. La mayoría de las láminas beta de las proteínas conocidas están "retorcidas" unos 15 ° para lograr un enlace de hidrógeno y un empaquetamiento estérico óptimos ; sin embargo, alguna evidencia de la cristalografía electrónica sugiere que al menos algunas fibrillas de amiloide contienen láminas "planas" con sólo 1–2,5 ° de torsión. [12] Se sugiere un intermedio amiloide de hoja alfa para explicar algunas características anómalas del proceso de fibrilación amiloide, como la evidente dependencia de la secuencia de aminoácidos de la amiloidogénesis a pesar de la creencia de que el pliegue amiloide está estabilizado principalmente por la estructura proteica . [13] [14]
Xu, [15] utilizando microscopía de fuerza atómica, ha demostrado que la formación de fibras amiloides es un proceso de dos pasos en el que las proteínas se agregan primero en esferas coloidales de ≈20 nm de diámetro. Luego, las esferas se unen espontáneamente para formar cadenas lineales, que evolucionan hacia fibras amiloides maduras. La formación de estas cadenas lineales parece estar impulsada por el desarrollo de un dipolo electrostático en cada una de las esferas coloidales lo suficientemente fuerte como para superar la repulsión del culombio. Esto sugiere un posible mecanismo por el cual la hoja alfa puede promover la agregación amiloide; el enlace peptídico tiene un dipolo electrostático intrínseco relativamente grande, pero normalmente los dipolos de enlaces cercanos se cancelan entre sí. En la hoja alfa, a diferencia de otras conformaciones, los enlaces peptídicos están orientados en paralelo de modo que los dipolos de los enlaces individuales pueden sumarse para crear un dipolo electrostático general fuerte.
En particular, la proteína lisozima se encuentra entre las pocas proteínas en estado nativo que se ha demostrado que contienen una región de cadena alfa; La lisozima de pollos y humanos contiene una hebra alfa ubicada cerca del sitio de una mutación que se sabe que causa amiloidosis hereditaria en humanos, generalmente una enfermedad genética autosómica dominante . [4] Las simulaciones de dinámica molecular de la proteína mutante revelan que la región alrededor de la mutación asume una conformación de cadena alfa. [6] La lisozima se encuentra entre las proteínas naturales que se sabe que forman fibras amiloides en condiciones experimentales, y tanto la región de cadena alfa nativa como el sitio de mutación se encuentran dentro de la región más grande identificada como el núcleo de la fibrilogénesis amiloide de lisozima. [16] [17]
También se ha sugerido un mecanismo para la interconversión directa de la hoja alfa y la hoja beta, basado en la inversión del plano del péptido en la que el dipéptido α R α L se invierte para producir una conformación de ángulo diedro ββ. Este proceso también se ha observado en simulaciones de transtiretina [18] y se ha implicado que ocurre naturalmente en ciertas familias de proteínas mediante el examen de sus conformaciones de ángulos diedros en estructuras cristalinas. [19] [20] Se sugiere que la hoja alfa se pliegue en solenoides de múltiples hilos. [21]
La evidencia que emplea péptidos retro-enantio N-metilados, o aquellos con aminoácidos L y D alternos, como inhibidores de la agregación beta-amiloide es consistente con que la hoja alfa es el material principal del precursor amiloide. [22] [23] [24] [25] [26]
Referencias
- ^ Pauling, L. y Corey, RB (1951). La hoja plisada, una nueva configuración de capas de cadenas polipeptídicas. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 37, 251–6. PMID 14834147
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