Un solenoide alfa (a veces también conocido como herradura alfa o pares apilados de hélices alfa , abreviado SPAH ) es un pliegue de proteína compuesto de subunidades de hélice alfa repetidas , comúnmente motivos de hélice-vuelta-hélice , dispuestos de forma antiparalela para formar una superhélice. [2] Los solenoides alfa son conocidos por su flexibilidad y plasticidad. [3] Al igual que las hélices beta , los solenoides alfa son una forma de dominio de proteína solenoide que se encuentra comúnmente en las proteínas que comprenden el complejo de poros nucleares . [4] También son comunes en las proteínas de la cubierta de la membrana conocidas como coatómeros , como la clatrina , y en las proteínas reguladoras que forman amplias interacciones proteína-proteína con sus compañeros de unión. [2] [4] También se han descritoejemplos de estructuras alfa solenoides que se unen a ARN y lípidos . [2]
Terminología y clasificación
El término "solenoide alfa" se ha utilizado de forma algo incoherente en la bibliografía. [4] Como se definió originalmente, los solenoides alfa estaban compuestos por motivos de hélice-vuelta-hélice que se apilaban en una superhélice abierta. [5] Sin embargo, los sistemas de clasificación estructural de proteínas han utilizado una terminología variada; la base de datos de Clasificación Estructural de Proteínas (SCOP) describe estas proteínas usando el término "superhélice alfa alfa". La base de datos CATH utiliza el término "herradura alfa" [6] para estas proteínas, y utiliza "solenoide alfa" para una estructura algo diferente y más compacta ejemplificada por la proteína de unión peridinina-clorofila . [4]
Estructura
Las proteínas alfa solenoides están compuestas por unidades estructurales repetidas que contienen al menos dos hélices alfa dispuestas en una orientación antiparalela . A menudo, la unidad que se repite es un motivo de hélice-giro-hélice , pero puede ser más elaborado, como en variantes con una hélice adicional en el segmento de giro. [2] Los solenoides alfa pueden estar formados por varios tipos diferentes de repeticiones en tándem helicoidales , incluidas repeticiones HEAT , repeticiones Armadillo , repeticiones tetratricopeptide (TPR), repeticiones ricas en leucina y repeticiones ankyrin . [2] [4] [5]
Los solenoides alfa tienen una elasticidad y flexibilidad inusuales en relación con las proteínas globulares . [2] [3] A veces se considera que ocupan una posición intermedia entre las proteínas globulares y las proteínas estructurales fibrosas , distintas de estas últimas en parte debido a la falta de necesidad de interacciones intermoleculares de los alfa solenoides para mantener su estructura. [5] La extensión de la curvatura de una superhélice de solenoide alfa varía considerablemente entre las clases, lo que resulta en la capacidad de estas proteínas para formar superficies de interacción proteína-proteína grandes y extendidas o para formar áreas cóncavas profundas para unirse a proteínas globulares. [2]
Debido a que están compuestos por subunidades repetidas relativamente cortas, los solenoides alfa pueden adquirir subunidades adicionales con relativa facilidad, lo que da como resultado nuevas propiedades de superficie de interacción. [2] Como resultado, las proteínas alfa solenoides conocidas varían sustancialmente en longitud. [4]
Función
Componentes del complejo de poros nucleares
Los solenoides alfa ocupan un lugar destacado en las proteínas que forman el complejo de poros nucleares (NPC); Los dominios de solenoide alfa y hélice beta juntos representan hasta la mitad del andamio central de NPC en masa. [4] Un gran número de las proteínas nucleoporinas conservadas que forman el NPC son proteínas alfa solenoides o consisten en un dominio de hélice beta en el extremo N-terminal y un solenoide alfa en el extremo C-terminal . [7] [8] Esta última arquitectura de dominio también ocurre en clatrina y Sec31 , y se pensó que era exclusiva de eucariotas , [7] [9] aunque se han informado algunos ejemplos en planctomicetos . [10]
Proteínas de la cubierta de la vesícula
Las proteínas de la cubierta de la vesícula con frecuencia contienen alfa solenoides y comparten una arquitectura de dominio común con algunas proteínas NPC. [7] Los tres complejos principales de la capa que participan en distintas vías celulares contienen proteínas alfa solenoides: el complejo clatrina / adaptina , que genera vesículas de la membrana plasmática y participa en la endocitosis ; el complejo COPI , que genera vesículas del aparato de Golgi y está asociado con el transporte retrógrado ; y el complejo COPII , que hace brotar vesículas del retículo endoplásmico y está asociado con el transporte anterógrado . [12]
Proteínas de transporte
Debido a su propensión a formar grandes superficies de interacción adecuadas para interacciones proteína-proteína , y sus superficies flexibles que permiten la unión de varias moléculas de carga, las proteínas alfa solenoides funcionan comúnmente como proteínas de transporte , particularmente en el transporte entre el núcleo y el citoplasma . [2] Por ejemplo, la superfamilia de betacarioferinas consta de proteínas alfa solenoides formadas a partir de repeticiones HEAT ; importin beta es un miembro de esta familia, y su proteína adaptadora importin alfa es un solenoide alfa formado a partir de repeticiones de Armadillo . [13] Los transportadores de otras moléculas, como el ARN , también pueden ser de arquitectura alfa solenoide, como en la exportina-5 [14] o proteínas de unión al ARN que contienen repetición pentatricopéptido , que son particularmente comunes en las plantas. [15] [16]
Proteínas reguladoras
La capacidad de interacción proteína-proteína de las proteínas alfa solenoides también las hace adecuadas para funcionar como proteínas reguladoras . Por ejemplo, la subunidad reguladora A (también conocida como PR65) de la proteína fosfatasa 2A es un solenoide alfa de repetición HEAT cuya flexibilidad conformacional regula el acceso al sitio de unión de la enzima. [18] [1]
Distribución taxonómica
Las proteínas alfa solenoides se encuentran en todos los dominios de la vida ; sin embargo, sus frecuencias en diferentes proteomas varían significativamente. Son raros en virus y bacterias , algo más comunes en arqueas y bastante comunes en eucariotas . Muchas de las proteínas alfa solenoides eucariotas tienen homólogos detectables solo en otros eucariotas y, a menudo, están restringidas aún más a los cordados . Las proteínas alfa solenoides procarióticas se concentran en taxones particulares, en particular las cianobacterias y los planctomicetos , que tienen una compartimentación intracelular inusualmente compleja en relación con la mayoría de los procariotas. [2]
Evolución
Las relaciones evolutivas entre diferentes proteínas alfa solenoides son difíciles de rastrear debido a la baja homología de secuencia de las repeticiones. Se cree que la evolución convergente de estructuras proteicas similares a partir de proteínas no relacionadas ancestralmente es importante en la historia evolutiva de esta clase de pliegues. [2]
Complejos de poros nucleares y transporte de vesículas
El complejo de poros nucleares es un complejo de proteínas extremadamente grande que media el tránsito hacia adentro y hacia afuera del núcleo celular . Las estructuras homólogas a partir de las cuales podría haber evolucionado el NPC no se han detectado en las proteínas de transporte transmembrana procariotas; sin embargo, se ha sugerido que los componentes NPC muestran una clara homología con las proteínas de la cubierta de vesículas que se encuentran en los complejos clatrina / adaptina , COPI y COPII . Lo más distintivo es que se ha detectado una arquitectura de dominio compartido que consta de una hélice beta N-terminal y un solenoide alfa C-terminal tanto en NPC como en las proteínas de la cubierta, lo que sugiere un posible origen común. [7] [8] Se ha propuesto un "protocoatómero" ancestral que se diversificó para adquirir características derivadas de los cuatro complejos modernos. [4] [19] [20] [21]
El examen del genoma de Lokiarchaeum , que se cree que se encuentra entre los parientes arqueales más cercanos a los eucariotas, no reveló ningún ejemplo de la arquitectura de dominio de hélice beta / solenoide alfa, aunque se identificaron homólogos de otras proteínas involucradas en el tráfico de membranas eucariotas. Sin embargo, no está claro si esta observación significa que la arquitectura de la hélice / solenoide evolucionó más tarde o se perdió de la lokiarchaea moderna. [22]
Proteínas de la cubierta de la membrana en procariotas
Un estudio de los genomas secuenciados de procariotas complejos del superfilo de PVC ( Planctomycetes - Verrucomicrobia - Chlamydiae ) identificó ejemplos de proteínas con homología con proteínas de tráfico de membranas eucariotas, incluidos ejemplos de la arquitectura distintiva del dominio de hélice beta / solenoide alfa que antes se creía que era exclusivo de los eucariotas. [10] El superfilo PVC es conocido por contener bacterias con una morfología de membrana inusualmente compleja, y este descubrimiento ha sido citado como evidencia a favor del estatus de estos organismos como una forma intermedia entre procariotas y eucariotas. El planctomiceto Gemmata obscuriglobus tiene una arquitectura de membrana excepcionalmente compleja y ha sido una fuente de controversia en la literatura con respecto a la posibilidad de que tenga un compartimento "nucleoide" unido a la membrana que encierra su ADN. [23] [24] [25] [26] [27] [28] La identificación de proteínas con similitudes de secuencia con repeticiones HEAT en el proteoma de G. obscuriglobus se ha interpretado como apoyo para la hipótesis del nucleoide unido a la membrana; [29] sin embargo, esto ha sido discutido. [24]
Bioinformática
La baja similitud de secuencia entre las proteínas alfa solenoides de estructura similar ha impedido su identificación utilizando métodos bioinformáticos , ya que las repeticiones a menudo no están bien definidas en secuencia. Se ha desarrollado una gran cantidad de métodos computacionales diferentes para identificar proteínas alfa solenoides candidatas en función de su secuencia de aminoácidos . [2] [30] [31]
enlaces externos
- Repite la clase de solenoide α de DB
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