En biología estructural, una hélice beta ( hélice beta ) es un tipo de arquitectura de proteína totalmente beta caracterizada por 4 a 8 láminas beta en forma de pala altamente simétricas dispuestas toroidalmente alrededor de un eje central. Juntas, las hojas beta forman un sitio activo similar a un embudo.
Dominio WD, repetición G-beta | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | WD40 | |||||||
Pfam | PF00400 | |||||||
Clan pfam | CL0186 | |||||||
InterPro | IPR001680 | |||||||
PROSITE | PDOC00574 | |||||||
SCOP2 | 1gp2 / SCOPe / SUPFAM | |||||||
CDD | cd00200 | |||||||
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Estructura
Cada lámina beta tiene típicamente cuatro anti-paralelas ß-hebras dispuestas en el motivo beta-zigzag. [2] Las hebras se retuercen de modo que la primera y la cuarta hebras estén casi perpendiculares entre sí. [3] Hay cinco clases de hélices beta, cada disposición es una estructura muy simétrica con 4-8 hojas beta, todas las cuales generalmente forman un túnel central que produce ejes pseudo-simétricos. [2]
Si bien, el sitio activo oficial de la proteína para la unión del ligando se forma en un extremo del túnel central mediante bucles entre hebras beta individuales, las interacciones proteína-proteína pueden ocurrir en múltiples áreas alrededor del dominio. Dependiendo del empaque y la inclinación de las hojas beta y las hebras beta, la hélice beta puede tener un bolsillo central en lugar de un túnel. [4]
La estructura de la hélice beta se estabiliza principalmente a través de interacciones hidrófobas de las hojas beta, mientras que la estabilidad adicional puede provenir de los enlaces de hidrógeno formados entre las hojas beta de los extremos C y N terminales. En efecto, esto cierra el círculo que puede ocurrir incluso con más fuerza en las proteínas de 4 hojas a través de un enlace disulfuro. [2] Se ha demostrado que las chaperonas Hsp70 y CCT se unen secuencialmente a las hélices beta nacientes a medida que emergen del ribosoma. Estas chaperonas evitan que se formen interacciones no nativas entre palas hasta que se sintetice toda la hélice beta. [5] Muchas hélices beta dependen de CCT para expresarse. [6] [7] En al menos un caso, se ha demostrado que los iones aumentan la estabilidad al unirse profundamente en el túnel central de la hélice beta. [4]
Murzin propuso un modelo geométrico para describir los principios estructurales de la hélice beta. [8] Según este modelo, la hélice de siete palas era la disposición más favorecida en términos geométricos.
A pesar de su naturaleza altamente conservada, las hélices beta son bien conocidas por su plasticidad. Más allá de tener una variedad de hojas beta permitidas por dominio, también puede acomodar otros dominios en sus hojas beta. Además, hay proteínas que han mostrado variaciones en el número de cadenas beta por hoja beta. En lugar de tener las típicas cuatro cadenas beta en una hoja, la proteína inhibidora de beta-lactamasa -II solo tiene tres cadenas beta por hoja, mientras que la fitasa de Bacillus subtilis tiene cinco cadenas beta por hoja beta. [2]
Función
Debido a su estructura y plasticidad, se pueden formar interacciones proteína-proteína con la parte superior, inferior, canal central y caras laterales de la hélice beta. [4] La función de la hélice puede variar según el número de palas. Las hélices beta de cuatro palas funcionan principalmente como proteínas de transporte y, debido a su estructura, tienen una conformación favorable para la unión del sustrato. [4] A diferencia de las hélices beta más grandes, las hélices beta de cuatro palas generalmente no pueden realizar la catálisis por sí mismas, sino que actúan para ayudar en la catálisis al realizar las funciones antes mencionadas. Las hélices de cinco palas pueden actuar como transferasas , hidrolasas y proteínas de unión a azúcares. [4] Las hélices de seis y siete palas realizan una variedad mucho más amplia de funciones en comparación con las hélices de cuatro y cinco palas. Estas funciones pueden incluir actuar como proteínas de unión a ligandos, hidrolasas, liasas , isomerasas , proteínas de señalización, proteínas estructurales y oxidorreductasas . [4]
Las variaciones en las hélices beta más grandes (de cinco a ocho palas) pueden permitir funciones aún más específicas. Este es el caso de la región C-terminal de GyrA que expresa una superficie cargada positivamente ideal para unirse al ADN. Dos hélices alfa que salen de la hélice beta de seis palas de la paraoxonasa sérica pueden proporcionar una región hidrofóbica ideal para anclar membranas. La proteína de unión al daño del ADN 1 tiene tres hélices beta, en las que la conexión entre dos de las hélices se inserta en la tercera hélice, lo que permite potencialmente su función única. [4]
Significación clínica
- La neurodegeneración asociada a proteínas de hélice beta (BPAN) es una afección caracterizada por convulsiones de inicio temprano, retrasos en el desarrollo y discapacidad intelectual. Con el envejecimiento, también puede ocurrir degeneración muscular y cognitiva. Se han identificado variantes del gen WDR45 tanto en hombres como en mujeres con esta afección. [9]
- La hipercolesterolemia familiar es una enfermedad genética humana causada por mutaciones en el gen que codifica el receptor de lipoproteínas de baja densidad (LDLR), una proteína que tiene al menos una hélice beta. Esta enfermedad provoca un aumento de las concentraciones de lipoproteínas de baja densidad (LDL) y colesterol que pueden tener consecuencias adicionales como la aterosclerosis coronaria . Se ha demostrado que las mutaciones confirmadas interfieren con los enlaces de hidrógeno entre las palas de la hélice beta. [2]
- La hélice beta se ha utilizado en la ingeniería de proteínas en varios casos. Yoshida et al., Por ejemplo, trabajaron con glucosa deshidrogenasa (GDH), que tiene una hélice beta de seis palas, para hacer una enzima ideal para usar como sensor de glucosa. Tuvieron éxito en la ingeniería de una quimera GDH que tenía una termoestabilidad más alta, una estabilidad de unión de cofactor más alta y una mayor especificidad de sustrato. Estas propiedades se atribuyeron al aumento de las interacciones hidrófobas debido a mutaciones en el extremo C de la hélice beta. [2]
- El dominio de hélice beta de la neuraminidasa del virus de la influenza se utiliza a menudo para el diseño de fármacos. Mediante el estudio de esta enzima, los investigadores han desarrollado inhibidores de la neuraminidasa de la influenza que bloquean eficazmente la neuraminidasa de la influenza y, en consecuencia, ralentizan o detienen la progresión de la infección por influenza. [2]
Ejemplos de
- La proteína del virus de la influenza, la neuraminidasa viral, es una proteína de hélice beta de seis palas cuya forma activa es un tetrámero . [10] Es una de las dos proteínas presentes en la envoltura viral y cataliza la escisión de los restos de ácido siálico de las proteínas de la membrana celular para ayudar a dirigir los viriones recién producidos a las células no infectadas previamente. [11]
- Las repeticiones WD40 , también conocidas como repeticiones de beta-transducina, son fragmentos cortos que se encuentran principalmente en eucariotas . [12] [13] Por lo general, forman hélices beta con 7-8 palas, pero también se ha demostrado que forman dominios estructurales con 4 a 16 unidades repetidas críticas para las interacciones proteína-proteína. Los motivos de la proteína WD40 están involucrados en una variedad de funciones que incluyen la transducción de señales, la regulación de la transcripción y la regulación del ciclo celular. También funcionan como sitios para las interacciones proteína-proteína e incluso pueden desempeñar un papel en el ensamblaje de complejos de proteínas. La especificidad de estos dominios estructurales está determinada por la secuencia de la proteína fuera de sí misma. [14]
- Una hélice beta es un componente crítico de LDLR y ayuda en un cambio conformacional basado en el pH. A pH neutro, el LDLR tiene una conformación lineal extendida y puede unirse a ligandos ( PCSK9 ). A pH ácido, la conformación lineal cambia a una estructura de horquilla de modo que los sitios de unión del ligando se unen a la hélice beta, evitando la unión del ligando. [15] [16]
- Las fitasas de hélice beta consisten en una estructura de hélice beta de seis palas. Las fitasas son fosfatasas que pueden hidrolizar los enlaces éster del fitato, la principal forma de almacenamiento de fosfato en las plantas. A través de este proceso, el fosfato que normalmente es inaccesible para el ganado se vuelve disponible. La mayoría de los piensos para ganado tienen fosfato inorgánico agregado, que cuando se excreta, puede causar contaminación ambiental. La adición de fitasa en lugar de fosfato en la alimentación del ganado permitiría que los animales descompusieran el fosfato ya disponible en la materia vegetal. En teoría, esto produciría menos contaminación ya que se excretaría menos fosfato en exceso. [17]
Dominios
Los dominios repetidos que se sabe que se pliegan en una hélice beta incluyen WD40 , YWTD , Kelch , YVTN , RIVW (PD40) y muchos más. Sus secuencias tienden a agruparse, lo que sugiere un estrecho vínculo evolutivo. También están relacionados con muchos dominios que contienen beta. [18]
Referencias
- ^ Sprague ER, Redd MJ, Johnson AD, Wolberger C (junio de 2000). "Estructura del dominio C-terminal de Tup1, un correpresor de transcripción en levadura" . El diario EMBO . 19 (12): 3016–27. doi : 10.1093 / emboj / 19.12.3016 . PMC 203344 . PMID 10856245 .
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Otras lecturas
- Branden C, Tooze J. (1999). Introducción a la estructura de las proteínas 2ª ed. Garland Publishing: Nueva York, NY.
enlaces externos
- Hélices beta de 4 palas SCOP
- Hélices beta de 5 palas SCOP
- Hélices beta de 6 palas SCOP
- Hélices beta de 7 palas SCOP
- Hélices beta de 8 palas SCOP