Bobina en espiral

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Figura 1: El ejemplo clásico de una bobina en espiral es el GCN4 cremallera de leucina (PDB adhesión código 1zik), que es un homodímero paralelo, zurdo. Sin embargo, existen muchos otros tipos de bobina en espiral.

A bobina en espiral es un adorno estructural en proteínas en que 2-7[1] alfa-hélices son enrollados juntos como los filamentos de una cuerda (dímeros de y trimers son los tipos más comunes). Muchas proteínas del tipo de bobina en espiral están implicadas en importantes funciones biológicas tales como la regulación de la expresión génica, p. ej. factores de transcripción. Los ejemplos notables son el oncoproteínas c-Fos y c-jun, así como de la proteína muscular tropomiosina.

Contenido

  • 1 Descubrimiento
  • 2 Estructura molecular
  • 3 Roles biológicos
    • 3.1 Papel en la infección por el VIH
    • 3.2 Como etiquetas de la dimerización
  • 4 Diseño
  • 5 Referencias
  • 6 Lectura adicional
  • 7 Acoplamientos externos
    • 7.1 Programas relacionados con en espiral-arrolle
      • 7.1.1 Predicción, detección y visualización
      • 7.1.2 Bases de datos

Descubrimiento

La posibilidad de bobinas en espiral para la α-queratina era inicialmente algo controvertido. Linus Pauling y Crick de Francis independiente llegó a la conclusión que esto era posible en el tiempo casi igual. En el verano de 1952, Pauling visitó el laboratorio de Inglaterra donde Crick trabajaba. Pauling y Crick se reunió y hablaban sobre diversos temas; en un momento dado, Crick le preguntó si había considerado Pauling "en espiral bobinas" (Crick subió con el término), para que Pauling dijo que tenía. A su regreso a los Estados Unidos, Pauling reanudó la investigación sobre el tema. Concluyó que las bobinas en espiral existen y un largo manuscrito a la revista Naturaleza en octubre. Hijo de Pauling Peter Pauling trabajó en el mismo laboratorio como Crick y mencionó el informe a él. Crick creía que Pauling había robado su idea y presentó una nota menor a Naturaleza pocos días después llegó el manuscrito de Pauling. Finalmente, después de algunas controversias y frecuente correspondencia, laboratorio de Crick declaró que la idea había sido alcanzada independientemente por dos investigadores, y que no se había producido ningún robo intelectual.[2] En su nota (que se publicó en primer lugar debido a su longitud más corta), Crick propuso la bobina en espiral y matemáticos, así como métodos para la determinación de su estructura.[3] Extraordinariamente, esto fue poco después de la estructura de la hélice de la alfa fue propuesto en 1951 por Linus Pauling y compañeros de trabajo.[4] Estos estudios fueron publicados en la ausencia de conocimiento de una secuencia de queratina. Las primeras secuencias de la queratina se determinaron por Hanukoglu y Fuchs en 1982.[5][6]

En base a secuencia y predicción de estructura secundaria análisis identificaron los dominios coiled-coil de queratinas.[6] Estos modelos han sido confirmados por análisis estructurales de los dominios coiled-coil de queratinas.[7]

Estructura molecular

Bobinas en espiral generalmente contienen un patrón repetido, hxxhcxc, de (hidrofóbicah) y cargado ()c) aminoácido residuos, que se refiere como un Heptada repetida.[8] Las posiciones en la repetición de la Heptada generalmente están marcadas ABCDEFG, donde a y d son las posiciones hidrofóbicas, a menudo siendo ocupadas por isoleucina, leucina, o valina. Doblar una secuencia con este patrón que se repite en un alfa helicoidal estructura secundaria hace que los residuos hidrofóbicos que se presentará como una 'raya' que enrollado suavemente alrededor de la hélice de forma zurda, formando un anfipáticos estructura. La manera más favorable para esos dos hélices que se arreglan en el ambiente lleno de agua de la citoplasma es envolver los filamentos hidrofóbicos cara a cara entre el hidrófilo aminoácidos. Por lo tanto, es el entierro de las superficies hidrofóbicas que proporciona la Termodinámica fuerza impulsora para la Oligomerización. El embalaje en una interfaz de bobina en espiral es muy apretado, con casi completa van der Waals contacto entre el cadenas laterales de la a y d residuos. Este embalaje apretado originalmente fue predicha por Crick de Francis en 1952[3] y se conoce como Perillas en los orificios del embalaje.

El Α-hélices pueden ser paralelo o paralelo contra y generalmente adopta una para zurdos Super bobina (Figura 1). Aunque desfavorecido, algunos diestros bobinas en espiral también se han observado en la naturaleza y en proteínas diseñadas.[9]

Roles biológicos

Papel en la infección por el VIH

Vista lateral de la gp41 hexamer que inicia la entrada del VIH en la célula diana.

Entrada viral en las células CD4-positivas comienza cuando tres subunidades de una glucoproteína 120 (gp120) se unen a receptores CD4 y un correceptor. Glicoproteína gp120 está estrechamente asociada a un trímero de gp41 mediante interacciones de van der Waals. Sobre la Unión de gp120 a CD4 receptor y correceptor, una serie de cambios conformacionales en la estructura conduce a la disociación de la gp120 y la exposición de gp41 y a la vez para el anclaje de la secuencia de péptido de fusión de gp41 N-terminal en la célula huésped. A con resorte mecanismo es responsable de llevar el virus y las membranas celulares en la proximidad que se fusionan. El origen del mecanismo del resorte se encuentra dentro de los expuestos gp41, que contiene dos consecutivos Heptada repite (HR1 y HR2) siguiendo el péptido de fusión en el N terminal de la proteína. Hr1 forma una bobina en espiral paralela, trímero en que bobinas de región HR2, formando el trímero de horquillas (o paquete de seis-hélice) estructura, facilitando la fusión de la membrana a través de traer las membranas cerca uno del otro. El virus incorpora la célula y comienza su replicación. Recientemente, inhibidores derivan de HR2 tales como Fuzeon (DP178 T-20) atar a la región HR1 de la gp41 se han desarrollado. Sin embargo, los péptidos derivados de HR1 tienen poca eficacia de la inhibición viral debido a la propensión de estos péptidos a agregado en solución. Quimeras de estos péptidos derivados de HR1 con GCN4 cremalleras de leucina se han desarrollado y han demostrado ser más activa que Fuzeon, pero estos no han introducido la clínica todavía.

Como etiquetas de la dimerización

Debido a su interacción específica pueden utilizarse bobinas en espiral como una dimerización "etiqueta".

Diseño

El problema general de decidir sobre la estructura plegada de una proteína cuando la secuencia de aminoácidos (el supuesto problema de plegamiento de la proteína) no resuelto. Sin embargo, la bobina en espiral es uno de un número relativamente pequeño de plegable motivos para que las relaciones entre la secuencia y la estructura plegada final son comparativamente bien entendidas.[10][11] Harbury et al. realizaron un estudio utilizando una bobina en espiral arquetípica, GCN4, en que las normas que rigen la forma en secuencia de péptido afecta el estado oligomérico (es decir, el número de alfa-hélices en el montaje final) fueron establecidos.[12][13] La bobina de GCN4 en espiral es un 31 aminoácidos (lo que equivale a poco más de cuatro heptads) paralelo, dimérico (es decir, que consiste en dos alfa-hélices) en la espiral de la bobina y tiene repetido isoleucina (o, en sola letra código) y leucina (L) en el a y d posiciones, respectivamente y forma una bobina en espiral dimérica. Cuando los aminoácidos en la a y d posiciones fueron cambiadas de en a y L a d a L a a y en el d, un trímero (tres alfa-hélices) fue formada en espiral de la bobina. Además, mutando la a y d posiciones l dio lugar a la formación de una tetramérica (cuatro alfa-hélices) en la espiral de la bobina. Estos representan un conjunto de reglas para la determinación de Estados oligoméricos bobina en espiral y permite a los científicos efectivamente "dial-in" el comportamiento de Oligomerización. Otro aspecto de conjunto de bobina en espiral que está relativamente bien entendido, al menos en el caso de las bobinas dimérica en espiral, es colocando un residuo polar (en particular asparraginaN) en la oposición a posiciones de las fuerzas de montaje paralelo de la bobina en espiral. Este efecto es debido a un uno mismo-complementarios vinculación del hidrógeno entre estos residuos, que iría insatisfechos fueron emparejados una N, por ejemplo, una L en la hélice opuesta.[14]

Recientemente fue demostrado por Peacock y compañeros de trabajo que bobinas en espiral pueden uno mismo-montar utilizando los iones lanthanide(III) como una novela de plantilla, así produciendo agentes de imagen.[15]

Referencias

  1. ^ J Liu Zheng Q, Deng Y, Cheng CS, Kallenbach NR, Lu M (Oct de 2006). "Una bobina en espiral de la hélice de siete". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 103 (42): 15457-62. doi:10.1073/pnas.0604871103. PMC 1622844Freely accessible. PMID 17030805. 
  2. ^ Hager, Thomas. "Narrativa 43, bobinas a bobinas". Linus Pauling y la estructura de las proteínas. Centro de investigación de archivos y colecciones especiales de la Universidad Estatal de Oregon. 15 de mayo, 2013. 
  3. ^ a b Crick FH (Nov de 1952). "Es la alfa-queratina una bobina en espiral?". Naturaleza. 170 (4334): 882-3. doi:10.1038/170882b0. PMID 13013241. 
  4. ^ Pauling L, Corey RB, Branson HR (Apr de 1951). "la estructura de las proteínas; dos hidrógeno-enlazado helicoidales "configuraciones de la cadena polipeptídica. Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 37 (4): 205-11. doi:10.1073/pnas.37.4.205. PMC 1063337Freely accessible. PMID 14816373. 
  5. ^ Hanukoglu I, Fuchs E (Nov de 1982). "la secuencia del cDNA de una queratina epidérmica humana: divergencia de la secuencia pero conservación de la estructura entre proteínas de filamentos intermediarios". Célula. 31 (1): 243-52. doi:10.1016/0092-8674 (82) 90424-X. PMID 6186381. 
  6. ^ a b Hanukoglu I, Fuchs E (julio de 1983). "la secuencia del cDNA de una queratina citoesquelética tipo II revela dominios estructurales constantes y variable entre las queratinas". Célula. 33 (3): 915 – 24. doi:10.1016/0092-8674 (83) 90034-X. PMID 6191871. 
  7. ^ Hanukoglu I, Esdras L (enero de 2014). "entrada de Proteopedia: estructura de la bobina en espiral de las queratinas". Educación de Biología Molecular y bioquímica. 42 (1): 93-4. doi:10.1002/BMB.20746. PMID 24265184. 
  8. ^ Masón JM, Arndt KM (Feb de 2004). "arrolló la bobina dominios: estabilidad, especificidad e implicaciones biológicas". Chancourtois. 5 (2): 170-6. doi:10.1002/CBIC.200300781. PMID 14760737. 
  9. ^ Harbury PB, Plecs JJ, Tidor B, Alber T, Kim PS (Nov de 1998). "diseño de proteínas de alta resolución con libertad de columna vertebral". Ciencia. 282 (5393): 1462-7. doi:10.1126/Science.282.5393.1462. PMID 9822371. 
  10. ^ Bromley EH, Channon K, Moutevelis E, Woolfson DN (enero de 2008). "bloques de construcción de péptidos y proteínas para la biología sintética: de biomoléculas en sistemas auto-organizados biomolecular de programación". Biología química ACS. 3 (1): 38 – 50. doi:10.1021/cb700249v. PMID 18205291. 
  11. ^ Mahrenholz CC Abfalter IG, Bodenhofer U, Volkmer R, S Hochreiter (mayo de 2011). "redes complejas gobiernan en espiral-arrolle Oligomerización, predecir y perfiles por medio de una máquina de aprendizaje". Proteómica celular y molecular. 10 (5): M110.004994. doi:10.1074/mcp. M110.004994. PMC 3098589Freely accessible. PMID 21311038. 
  12. ^ Harbury PB, Zhang T, Kim PS, Alber T (noviembre de 1993). "Un interruptor entre dos, tres y cuatro-trenzado en espiral bobinas en mutantes de cremallera de leucina GCN4". Ciencia. 262 (5138): 1401-7. doi:10.1126/Science.8248779. PMID 8248779. 
  13. ^ Harbury PB, Kim PS, Alber T (Sep de 1994). "Estructura cristalina de un trímero de isoleucina-cremallera". Naturaleza. 371 (6492): 80 – 3. doi:10.1038/371080a0. PMID 8072533. 
  14. ^ Woolfson, DN (2005). "El diseño de estructuras en espiral-arrolle y asambleas". ADV. proteína. Chem. 70 (4): 79-112. doi:10.1016/S0065-3233 (05) 70004-8. 
  15. ^ Berwick SEÑOR DJ Lewis, AW Jones, Parslow RA, Dafforn TR, Cooper HJ, Wilkie J, Pikramenou Z, Britton MM, AF de pavo real (enero de 2014). "diseño de novo de Ln(III) en espiral bobinas para aplicaciones de imagen". Revista de la sociedad química americana. 136 (4): 1166 – 9. doi:10.1021/ja408741h. PMID 24405157. 

Lectura adicional

  • Crick, FHC (1953). "el embalaje de α-hélices: Simple bobinas en espiral". Acta Crystallogr. 6 (8): 689-697. doi:10.1107/S0365110X53001964. 
  • Nishikawa K, Scheraga HA (1976). "Criterios geométricos para la formación de estructuras en espiral-arrolle de cadenas polipeptídicas". Macromoléculas. 9 (3): 395 – 407. doi:10.1021/ma60051a004. PMID 940353. 
  • Harbury PB, Zhang T, Kim PS, Alber T (noviembre de 1993). "Un interruptor entre dos, tres y cuatro-trenzado en espiral bobinas en mutantes de cremallera de leucina GCN4". Ciencia. 262 (5138): 1401-7. doi:10.1126/Science.8248779. PMID 8248779. 
  • González L, Plecs JJ, Alber T (Jun de 1996). "Un interruptor alostérico ingeniería de Oligomerización de cremallera de leucina". Biología estructural de la naturaleza. 3 (6): 510 – 5. doi:10.1038/nsb0696-510. PMID 8646536. 
  • Harbury PB, Plecs JJ, Tidor B, Alber T, Kim PS (Nov de 1998). "diseño de proteínas de alta resolución con libertad de columna vertebral". Ciencia. 282 (5393): 1462-7. doi:10.1126/Science.282.5393.1462. PMID 9822371. 
  • Yu YB (Oct de 2002). "coiled-coils: estabilidad, especificidad y fármaco potencial". Drogas avanzada entrega comentarios. 54 (8): 1113-29. doi:10.1016/S0169-409 X (02) 00058-3. PMID 12384310. 
  • Burkhard P, Ivaninskii S, Lustig A (mayo 2002). "Mejorar la estabilidad de coiled-coil mediante la optimización de las interacciones iónicas". Diario de la Biología Molecular. 318 (3): 901 – 10. doi:10.1016/S0022-2836 (02) 00114-6. PMID 12054832. 
  • Gillingham AK, Munro S (agosto de 2003). "largo en espiral-arrolle proteínas y membrana de tráfico". Biochimica et Acta Scandinavica. 1641 (2-3): 71 – 85. doi:10.1016/S0167-4889 (03) 00088-0. PMID 12914949. 
  • Masón JM, Arndt KM (Feb de 2004). "arrolló la bobina dominios: estabilidad, especificidad e implicaciones biológicas". Chancourtois. 5 (2): 170-6. doi:10.1002/CBIC.200300781. PMID 14760737. 

Acoplamientos externos

  • En espiral-arrolle los dominios de las queratinas

Programas relacionados con en espiral-arrolle

Predicción, detección y visualización

  • Spiricoil predecir en espiral de la bobina y Oligormeric estado de una secuencias de la proteína
  • NCOILS
  • Paircoil2 / Paircoil
  • bCIPA
  • CORREA contiene un algoritmo para predecir en espiral-bobinas de secuencias de AA.
  • PrOCoil predice la Oligomerización de proteínas bobina en espiral y visualiza la contribución de cada aminoácido individual a la tendencia general oligomérica.
  • DrawCoil Crea diagramas de la rueda helicoidal para bobinas en espiral de cualquier estado de la Oligomerización y la orientación.

Bases de datos

  • Spiricoil anotación de dominio de la proteína se utiliza para predecir el estado de presencia y oligormeric de bobina en espiral para todos los organismos totalmente ordenados
  • CC + es un base de datos relacional de bobinas en espiral en el PDB
  • SUPERFAMILIA anotación de dominio de la proteína para todos los organismos totalmente ordenados partiendo por expertos comisariados SCOP clase de bobina en espiral

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