Una hélice pi (o hélice π ) es un tipo de estructura secundaria que se encuentra en las proteínas . [1] Descubierto por la cristalografía Barbara Low en 1952 [2] y alguna vez se pensó que eran raras, las hélices π cortas se encuentran en el 15% de las estructuras proteicas conocidas y se cree que son una adaptación evolutiva derivada de la inserción de un solo aminoácido en una hélice α . [3] Debido a que tales inserciones son muy desestabilizadoras, [4]se tenderá a oponerse a la formación de hélices π a menos que proporcione alguna ventaja funcional a la proteína. Por lo tanto, las hélices π se encuentran típicamente cerca de los sitios funcionales de las proteínas. [3] [5] [6]
Estructura estándar
Los aminoácidos en una hélice π estándar están dispuestos en una estructura helicoidal a la derecha . Cada aminoácido corresponde a una vuelta de 87 ° en la hélice (es decir, la hélice tiene 4,1 residuos por vuelta) y una traslación de 1,15 Å (0,115 nm ) a lo largo del eje helicoidal. Lo más importante es que el grupo NH de un aminoácido forma un enlace de hidrógeno con el grupo C = O del aminoácido cinco residuos antes; este enlace de hidrógeno repetido i + 5 → i define una π-hélice. Estructuras similares incluyen la hélice 3 10 ( i + 3 → i enlace de hidrógeno) y la α-hélice ( i + 4 → i enlace de hidrógeno).
La mayoría de las hélices π tienen solo 7 residuos de longitud y no adoptan ángulos diedros ( φ , ψ ) que se repiten regularmente en toda la estructura como la de las hélices α o las láminas β. Debido a esto, los libros de texto que proporcionan valores diédricos únicos para todos los residuos en la hélice π son engañosos. Sin embargo, se pueden hacer algunas generalizaciones. Cuando se excluyen el primer y el último par de residuos, existen ángulos diedros de manera que el ángulo ψ diedro de un residuo y el ángulo φ diedro del siguiente residuo suman aproximadamente −125 °. Los pares de residuos primero y último suman −95 ° y −105 °, respectivamente. A modo de comparación, la suma de los ángulos diedros para una hélice de 3 10 es aproximadamente -75 °, mientras que la de la hélice α es aproximadamente -105 °. La prolina se ve a menudo inmediatamente después del final de las hélices π. La fórmula general para el ángulo de rotación Ω por residuo de cualquier hélice polipeptídica con isómeros trans viene dada por la ecuación
Estructura para zurdos
En principio, una versión zurda de la π-hélice es posible invirtiendo el signo de los ángulos diedros ( φ , ψ ) a (55 °, 70 °). Esta hélice de pseudo "imagen especular" tiene aproximadamente el mismo número de residuos por vuelta (4.1) y paso helicoidal (1.5 Å [150 pm]). No es una verdadera imagen especular, porque los residuos de aminoácidos todavía tienen una quiralidad hacia la izquierda . A π-hélice largo zurdo es poco probable que se observa en proteínas porque, entre las de origen natural aminoácidos, solamente glicina es probable que adopten positiva φ diedro ángulos tales como 55 °.
π-hélices en la naturaleza
Los programas automatizados de asignación de estructuras secundarias de uso común, como DSSP , sugieren que <1% de las proteínas contienen una hélice π. Esta caracterización errónea se debe al hecho de que las hélices π de origen natural son típicamente de longitud corta (de 7 a 10 residuos) y casi siempre están asociadas con (es decir, flanqueadas por) hélices α en cada extremo. Casi todas las hélices π son, por tanto, crípticas en el sentido de que los residuos de la hélice π se asignan incorrectamente como α-helicoidales o como "vueltas". Se han escrito programas desarrollados recientemente para anotar correctamente las hélices π en las estructuras de las proteínas y se ha descubierto que 1 de cada 6 proteínas (alrededor del 15%) contiene de hecho al menos un segmento de hélice π. [3]
Las hélices π naturales pueden identificarse fácilmente en una estructura como un "abultamiento" dentro de una hélice α más larga. Tales protuberancias helicoidales se han denominado anteriormente como α-aneurismas, α-protuberancias, π-protuberancias, giros anchos, salidas en bucle y giros π, pero de hecho son hélices π determinadas por su repetición de hidrógeno i + 5 → i. cautiverio. [3] La evidencia sugiere que estas protuberancias, o π-hélices, se crean mediante la inserción de un único aminoácido adicional en una α-hélice preexistente. Por tanto, las hélices α y las hélices π se pueden convertir entre sí mediante la inserción y eliminación de un único aminoácido. [3] [4] Dada la tasa relativamente alta de aparición de hélices π y su asociación notoria con sitios funcionales (es decir, sitios activos) de proteínas, esta capacidad de interconvertir entre hélices α y hélices π ha sido un mecanismo importante de alterar y diversificar la funcionalidad de las proteínas a lo largo de la evolución. [3]
Uno de los grupos más notables de proteínas cuya diversificación funcional parece haber sido fuertemente influenciada por tal mecanismo evolutivo es la superfamilia similar a la ferritina , que incluye ferritinas , bacterioferritinas , rubreritrinas , ribonucleótido reductasas de clase I y metano monooxigenasas solubles . La metano monooxigenasa soluble es el poseedor del récord actual de la mayor cantidad de π-hélices en una sola enzima con 13 ( código PDB 1MTY). Sin embargo, el homólogo bacteriano de un Na + / Cl - dependiente transportador neurotransmisor (código PDB 2A65) sostiene el registro para la mayoría de pi-hélices en una única cadena de péptido con 8. [3]
Ver también
- hélice alfa
- 3 10 hélice
- estructura secundaria
Referencias
- ^ Pauling L, Corey RB, Branson HR (1951). "La estructura de las proteínas: dos configuraciones helicoidales de enlace de hidrógeno de la cadena de polipéptidos" . Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 37 (4): 205–211. doi : 10.1073 / pnas.37.4.205 . PMC 1063337 . PMID 14816373 .
- ^ "(IUCr) Barbara Wharton Low (1920-2019)" . www.iucr.org . Consultado el 2 de octubre de 2019 .
- ^ a b c d e f g Cooley RB, Arp DJ, Karplus PA (2010). "Origen evolutivo de una estructura secundaria: π-hélices como variaciones de inserción crípticas pero generalizadas de α-hélices que mejoran la funcionalidad de la proteína" . J Mol Biol . 404 (2): 232–246. doi : 10.1016 / j.jmb.2010.09.034 . PMC 2981643 . PMID 20888342 .
- ^ a b Keefe LJ, Sondek J, Shortle D, Lattman EE (2000). "El aneurisma alfa: un motivo estructural revelado en un mutante de inserción de nucleasa estafilocócica" . Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 90 (8): 3275–3279. doi : 10.1073 / pnas.90.8.3275 . PMC 46282 . PMID 8475069 .
- ^ Weaver TM (2000). "La pi-helix traduce estructura en función" . Ciencia de las proteínas . 9 (1): 201–206. doi : 10.1110 / ps.9.1.201 . PMC 2144447 . PMID 10739264 .
- ^ Fodje MN, Al-Karadaghi S (2002). "Ocurrencia, características conformacionales y propensiones de aminoácidos para la pi-helix" . Protein Eng . 15 (5): 353–358. doi : 10.1093 / proteína / 15.5.353 . PMID 12034854 .