En los campos de la geometría y la bioquímica , una triple hélice (plural triple hélices ) es un conjunto de tres hélices geométricas congruentes con el mismo eje , que se diferencian por una traslación a lo largo del eje. Esto significa que cada una de las hélices mantiene la misma distancia del eje central. Al igual que con una sola hélice, una triple hélice se puede caracterizar por su paso, diámetro y orientación. Ejemplos de hélices triples incluyen ADN triplex , [1] ARN triplex , [2] la hélice de colágeno , [3] y proteínas similares al colágeno..
Estructura
Una triple hélice se llama así porque está formada por tres hélices separadas . Cada una de estas hélices comparte el mismo eje, pero no ocupan el mismo espacio porque cada hélice se traslada angularmente alrededor del eje. Generalmente, la identidad de una triple hélice depende del tipo de hélices que la componen. Por ejemplo: una triple hélice formada por tres hebras de proteína de colágeno es una triple hélice de colágeno, y una triple hélice formada por tres hebras de ADN es una triple hélice de ADN.
Al igual que con otros tipos de hélices, las hélices triples tienen sentido de la mano: diestro o zurdo. Una hélice diestra se mueve alrededor de su eje en el sentido de las agujas del reloj de principio a fin. Una hélice zurda es la imagen especular de la hélice derecha y se mueve alrededor del eje en sentido antihorario de principio a fin. [4] El comienzo y el final de una molécula helicoidal se definen en función de ciertos marcadores en la molécula que no cambian fácilmente. Por ejemplo: el comienzo de una proteína helicoidal es su extremo N y el comienzo de una sola hebra de ADN es su extremo 5 ' . [4]
La triple hélice de colágeno está formada por tres péptidos de colágeno, cada uno de los cuales forma su propia hélice de poliprolina para zurdos. [5] Cuando las tres cadenas se combinan, la triple hélice adopta una orientación hacia la derecha. El péptido de colágeno está compuesto por repeticiones de Gly -XY, siendo el segundo residuo (X) generalmente Pro y el tercero (Y) hidroxiprolina. [6] [5]
Una triple hélice de ADN está formada por tres cadenas de ADN separadas, cada una orientada con la columna vertebral de azúcar / fosfato en el exterior de la hélice y las bases en el interior de la hélice. Las bases son la parte de la molécula más cercana al eje de la triple hélice, y la columna vertebral es la parte de la molécula más alejada del eje. La tercera hebra ocupa el surco principal del ADN dúplex relativamente normal. [7] Las bases en el ADN triplex están dispuestas para coincidir de acuerdo con un esquema de apareamiento de bases de Hoogsteen . [8] De manera similar, las triples hélices de ARN se forman como resultado de un ARN monocatenario que forma enlaces de hidrógeno con un dúplex de ARN; el dúplex consiste en el emparejamiento de bases Watson-Crick, mientras que la tercera hebra se une a través del emparejamiento de bases de Hoogsteen. [9]
Factores estabilizadores
La triple hélice de colágeno tiene varias características que aumentan su estabilidad. Cuando se incorpora prolina en la posición Y de la secuencia Gly-XY, se modifica postraduccionalmente a hidroxiprolina . [10] La hidroxiprolina puede entrar en interacciones favorables con el agua, lo que estabiliza la triple hélice porque los residuos Y son accesibles al disolvente en la estructura de la triple hélice. Las hélices individuales también se mantienen unidas por una extensa red de enlaces de hidrógeno amida-amida formados entre las hebras, cada una de las cuales contribuye aproximadamente a -2 kcal / mol a la energía libre total de la triple hélice. [5] La formación de la superhélice no solo protege los residuos críticos de glicina en el interior de la hélice, sino que también protege a la proteína en general de la proteólisis. [6]
El ADN y el ARN de triple hélice se estabilizan mediante muchas de las mismas fuerzas que estabilizan las hélices de ADN de doble hebra. Con las bases de nucleótidos orientadas hacia el interior de la hélice, más cerca de su eje, las bases entablan enlaces de hidrógeno con otras bases. Las bases unidas en el centro excluyen el agua, por lo que el efecto hidrofóbico es particularmente importante en la estabilización de las triples hélices del ADN. [4]
Papel biológico
Proteínas
Los miembros de la superfamilia del colágeno son los principales contribuyentes a la matriz extracelular. La estructura de triple hélice proporciona fuerza y estabilidad a las fibras de colágeno proporcionando una gran resistencia a la tensión de tracción. La rigidez de las fibras de colágeno es un factor importante que puede resistir la mayor parte del estrés mecánico, lo que la convierte en una proteína ideal para el transporte macromolecular y soporte estructural general en todo el cuerpo. [6]
ADN
Hay algunas secuencias de oligonucleótidos, denominadas oligonucleótidos formadores de tripletes (TFO) que pueden unirse para formar un triplete con una molécula más larga de ADN bicatenario; Los TFO pueden inactivar un gen o ayudar a inducir mutaciones. [7] Los TFO solo pueden unirse a ciertos sitios en una molécula más grande, por lo que los investigadores primero deben determinar si un TFO puede unirse al gen de interés.
ARN
En los últimos años, se ha estudiado más la función biológica del ARN triplex. Algunas funciones incluyen el aumento de la estabilidad, la traducción, la influencia de la unión del ligando y la catálisis. Un ejemplo de unión de ligando influenciada por una triple hélice es en el riboswitch SAM-II donde la triple hélice crea un sitio de unión que aceptará de forma única S -adenosilmetionina ( SAM ). [9] El complejo de ribonucleoproteína telomerasa , responsable de replicar los extremos de la cola del ADN ( telómeros ) también contiene ARN triplex que se cree que es necesario para el funcionamiento adecuado de la telomerasa. [9] [11] La triple hélice en el extremo 3 'de los ARN no codificantes largos de PAN y MALAT1 sirve para estabilizar el ARN protegiendo la cola de poli (A) de la deadenilación, que posteriormente afecta sus funciones en la patogénesis viral y múltiples humanos. cánceres. [9] [12] Además, las hélices triples de ARN pueden estabilizar los ARNm mediante la formación de un bolsillo de unión en el extremo 3 'de la cola poli (A). [13]
Referencias
- ^ Bernués J, Azorín F (1995). "ADN de triple hebra". Ácidos nucleicos y biología molecular . 9 . Berlín, Heidelberg: Springer. págs. 1–21. doi : 10.1007 / 978-3-642-79488-9_1 . ISBN 978-3-642-79490-2.
- ^ Buske FA, Mattick JS, Bailey TL (mayo de 2011). "Posibles roles in vivo de triple hélices de ácido nucleico" . Biología del ARN . 8 (3): 427–39. doi : 10.4161 / rna.8.3.14999 . PMC 3218511 . PMID 21525785 .
- ^ Bächinger HP (3 de mayo de 2005). Colágeno: Imprimación en Estructura, Procesamiento y Montaje . Springer Science & Business Media. ISBN 9783540232728.
- ^ a b c John, Kuriyan (25 de julio de 2012). Las moléculas de la vida: principios físicos y químicos . Konforti, Boyana, Wemmer, David. Nueva York. ISBN 9780815341888. OCLC 779577263 .
- ^ a b c Hombros MD, Raines RT (2009). "Estructura y estabilidad del colágeno" . Revisión anual de bioquímica . 78 : 929–58. doi : 10.1146 / annurev.biochem.77.032207.120833 . PMC 2846778 . PMID 19344236 .
- ^ a b c Fidler AL, Boudko SP, Rokas A, Hudson BG (abril de 2018). "La triple hélice de los colágenos - una estructura de proteína antigua que permitió la multicelularidad animal y la evolución de los tejidos" . Revista de ciencia celular . 131 (7): jcs203950. doi : 10.1242 / jcs.203950 . PMC 5963836 . PMID 29632050 .
- ^ a b Jain A, Wang G, Vasquez KM (agosto de 2008). "Triple hélices de ADN: consecuencias biológicas y potencial terapéutico" . Biochimie . 90 (8): 1117–30. doi : 10.1016 / j.biochi.2008.02.011 . PMC 2586808 . PMID 18331847 .
- ^ Duca M, Vekhoff P, Oussedik K, Halby L, Arimondo PB (septiembre de 2008). "La triple hélice: 50 años después, el desenlace" . Investigación de ácidos nucleicos . 36 (16): 5123–38. doi : 10.1093 / nar / gkn493 . PMC 2532714 . PMID 18676453 .
- ^ a b c d Conrad NK (2014). "El papel emergente de las triples hélices en la biología del ARN" . Revisiones interdisciplinarias de Wiley: ARN . 5 (1): 15-29. doi : 10.1002 / wrna.1194 . PMC 4721660 . PMID 24115594 .
- ^ Brodsky B, Persikov AV (1 de enero de 2005). "Estructura molecular de la triple hélice de colágeno". Avances en la química de proteínas . 70 : 301–39. doi : 10.1016 / S0065-3233 (05) 70009-7 . ISBN 9780120342709. PMID 15837519 .
- ^ Theimer CA, Blois CA, Feigon J (marzo de 2005). "La estructura del pseudonudo del ARN de la telomerasa humana revela interacciones terciarias conservadas esenciales para la función". Célula molecular . 17 (5): 671–82. doi : 10.1016 / j.molcel.2005.01.017 . PMID 15749017 .
- ^ Brown JA, Bulkley D, Wang J, Valenstein ML, Yario TA, Steitz TA, Steitz JA (julio de 2014). "Información estructural sobre la estabilización de ARN no codificante MALAT1 por una triple hélice bipartita" . Naturaleza Biología Molecular y Estructural . 21 (7): 633–40. doi : 10.1038 / nsmb.2844 . PMC 4096706 . PMID 24952594 .
- ^ Torabi, Seyed-Fakhreddin; Vaidya, Anand T .; Tycowski, Kazimierz T .; DeGregorio, Suzanne J .; Wang, Jimin; Shu, Mei-Di; Steitz, Thomas A .; Steitz, Joan A. (7 de enero de 2021). "Estabilización de ARN por un bolsillo de unión del extremo 3ʹ de la cola poli (A) y otros modos de interacción poli (A) -ARN" . Ciencia . doi : 10.1126 / science.abe6523 . ISSN 0036-8075 . PMID 33414189 .