Una hélice de poliprolina es un tipo de estructura secundaria de proteína que se produce en proteínas que comprenden residuos de prolina repetidos . [1] Se forma una hélice de poliprolina II para zurdos ( PPII , poli-Pro II ) cuando todos los residuos secuenciales adoptan (φ, ψ) ángulos diedros del esqueleto de aproximadamente (-75 °, 150 °) y tienen isómeros trans de su péptido bonos . Esta conformación PPII también es común en proteínas y polipéptidos con otros aminoácidos además de la prolina. De manera similar, una hélice de poliprolina I para diestros más compacta ( PPI ,poli-Pro I ) se forma cuando todos los residuos secuenciales adoptan (φ, ψ) ángulos diedros del esqueleto de aproximadamente (-75 °, 160 °) y tienen isómeros cis de sus enlaces peptídicos . De los veinte aminoácidos comunes que se encuentran en la naturaleza , sólo es probable que la prolina adopte el isómero cis del enlace peptídico , específicamente el enlace peptídico X-Pro; los factores estéricos y electrónicos favorecen fuertemente al isómero trans en la mayoría de los otros enlaces peptídicos. Sin embargo, los enlaces peptídicos que reemplazan la prolina con otro aminoácido sustituido en N (como la sarcosina ) también es probable que adopten el isómero cis .
Hélice de poliprolina II
La hélice PPII está definida por (φ, ψ) ángulos diedros de la cadena principal de aproximadamente (-75 °, 150 °) y los isómeros trans de los enlaces peptídicos . El ángulo de rotación Ω por residuo de cualquier hélice polipeptídica con isómeros trans viene dado por la ecuación
La sustitución de los ángulos diedros poli-Pro II (φ, ψ) en esta ecuación produce casi exactamente Ω = -120 °, es decir, la hélice PPII es una hélice a la izquierda (ya que Ω es negativo) con tres residuos por vuelta (360 ° / 120 ° = 3). El aumento por residuo es de aproximadamente 3,1 Å. Esta estructura es algo similar a la adoptada en la proteína fibrosa colágeno , que está compuesta principalmente por prolina, hidroxiprolina y glicina . Las hélices PPII están unidas específicamente por dominios SH3 ; esta unión es importante para muchas interacciones proteína-proteína e incluso para interacciones entre los dominios de una sola proteína.
La hélice PPII es relativamente abierta y no tiene enlaces de hidrógeno internos , a diferencia de las estructuras secundarias helicoidales más comunes , la hélice alfa y sus parientes la hélice 3 10 y la hélice pi , así como la hélice β . Los átomos de nitrógeno y oxígeno de la amida están demasiado separados (aproximadamente 3,8 Å) y orientados incorrectamente para formar puentes de hidrógeno. Además, estos átomos son aceptores de enlaces H en la prolina; no hay donador de enlaces H debido a la cadena lateral cíclica.
Los ángulos diedros de la columna vertebral de PPII (-75 °, 150 °) se observan con frecuencia en proteínas, incluso para aminoácidos distintos de la prolina . [2] La parcela de Ramachandran está muy poblada en la región PPII, comparable a la región de la hoja beta alrededor (-135 °, 135 °). Por ejemplo, los ángulos diedros del esqueleto de PPII se observan a menudo por turnos , más comúnmente en el primer residuo de un giro β de tipo II. Los ángulos diedros de la columna vertebral PPII de "imagen especular" (75 °, -150 °) rara vez se ven, excepto en los polímeros del aminoácido aquiral glicina . El análogo de la hélice poli-Pro II en la poliglicina se llama hélice poli-Gly II . Algunas proteínas, como la proteína anticongelante de Hypogastrura harveyi, consisten en haces de hélices de poliglicina II ricas en glicina. [3] Esta notable proteína, cuya estructura 3D es conocida, [4] tiene espectros de RMN únicos y está estabilizada por dimerización y 28 enlaces de hidrógeno Cα-H ·· O = C. [5] La hélice PPII no es común en las proteínas transmembrana , y esta estructura secundaria no atraviesa las membranas lipídicas en condiciones naturales. En 2018, un grupo de investigadores de Alemania construyó y observó experimentalmente la primera hélice de PPII transmembrana formada por péptidos artificiales diseñados específicamente . [6] [7]
Poliprolina I hélice
La hélice poli-Pro I es mucho más densa que la hélice PPII debido a los isómeros cis de sus enlaces peptídicos . También es más raro que la conformación PPII porque el isómero cis tiene mayor energía que el trans . Sus ángulos diedros típicos (-75 °, 160 °) son cercanos, pero no idénticos, a los de la hélice PPII. Sin embargo, la hélice PPI es una hélice a la derecha y está más apretada, con aproximadamente 3.3 residuos por vuelta (en lugar de 3). El aumento por residuo en la hélice de PPI también es mucho menor, aproximadamente 1,9 Å. Una vez más, no hay enlaces de hidrógeno internos en la hélice poli-Pro I, tanto porque falta un átomo donante de enlaces H como porque los átomos de nitrógeno y oxígeno de la amida están demasiado distantes (aproximadamente 3,8 Å de nuevo) y orientados incorrectamente.
Propiedades estructurales
Tradicionalmente, el PPII se ha considerado relativamente rígido y se ha utilizado como una "regla molecular" en biología estructural, por ejemplo, para calibrar las medidas de eficiencia de FRET . Sin embargo, estudios experimentales y teóricos posteriores han puesto en duda esta imagen de un péptido de poliprolina como una "varilla rígida". [8] [9] Otros estudios que utilizaron espectroscopia de terahercios y cálculos de la teoría funcional de la densidad destacaron que la poliprolina es de hecho mucho menos rígida de lo que se pensaba originalmente. [10] Las interconversiones entre las formas helicoidales PPII y PPI de la poli-prolina son lentas, debido a la alta energía de activación de la isomerización cis-trans de X-Pro ( E a ≈ 20 kcal / mol); sin embargo, esta interconversión puede ser catalizada por isomerasas específicas conocidas como prolil isomerasas o PPIasas. La interconversión entre las hélices PPII y PPI implica la isomerización del enlace peptídico cis-trans a lo largo de toda la cadena peptídica. Los estudios basados en espectrometría de movilidad iónica revelaron la existencia de un conjunto definido de intermediarios a lo largo de este proceso. [11]
Referencias
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