Войти
Вид сбоку 3 10 -спирали аланина остатков в атомной детали. Две водородные связи с одной и той же пептидной группой выделены пурпурным цветом; расстояние кислород-водород составляет 1,83 Å (183 пм). Цепь белка идет вверх, то есть ее N-конец находится внизу, а его С-конец - вверху рисунка. Обратите внимание, что боковые цепи направлены немного вниз, то есть к N-концу. A 310спираль представляет собой тип вторичной структуры, обнаруженной в белках и полипептидах. Из множества присутствующих вторичных структур белка 3 10 -спираль является четвертым наиболее часто наблюдаемым типом; следующие α-спирали, β-листы и обратные витки. 3 10 -спирали составляют почти 10-15% всех спиралей во вторичных структурах белка и обычно наблюдаются как продолжения α-спиралей, обнаруживаемых на их N- или C-концах. Из-за тенденции α-спиралей к последовательному складыванию и разворачиванию было предложено, что 3 10 -спираль служит своего рода промежуточной конформацией и дает представление об инициации свертывания α-спирали.
Вид сверху той же спирали, показанной справа. Три карбонильные группы направлены вверх в сторону наблюдателя, разнесены на круге примерно на 120 ° друг от друга, что соответствует 3,0 аминокислотным остаткам на один виток спирали. Макс Перуц, руководитель Совет по медицинским исследованиям Лаборатория молекулярной биологии при Кембриджском университете написала первую статью, в которой задокументирована неуловимая спираль 3 10. Вместе с Лоуренсом Брэггом и Джоном Кендрю, Perutz опубликовал в 1950 году исследование конфигураций полипептидных цепей, основанное на данных некристаллической дифракции, а также на кристаллических структурах малых молекул, таких как коллаген содержится в волосах. Их предложения включали то, что сейчас известно как спираль 3 10, но не включали два наиболее распространенных структурных мотива, которые, как сейчас известно, встречаются. В следующем году Линус Полинг предсказал оба этих мотива, альфа-спираль и бета-лист, в работе, которую теперь сравнивают по значимости с Публикация Фрэнсиса Крика и Джеймса Д. Уотсона о двойной спирали ДНК . Полинг очень критически относился к спиральным структурам, предложенным Брэггом, Кендрю и Перутцем, и торжествующе заявлял, что все они неправдоподобны. Перуц описывает в своей книге, что я хотел бы скорее рассердить вас после чтения газеты Полинга в одно субботнее утро:
Я был потрясен статьей Полинга и Кори. В отличие от спиралей Кендрю и моих, у них не было напряжения; все амидные группы были плоскими, и каждая карбонильная группа образовывала идеальную водородную связь с аминогруппой на четыре остатка дальше по цепи. Строение выглядело совершенно правильным. Как я мог это пропустить?
— Макс Перуц, 1998, стр.173-175.Позже в тот же день Перуцу пришла в голову идея эксперимента, чтобы подтвердить модель Полинга, и он поспешил в лабораторию. выполнить это. В течение нескольких часов у него были доказательства, подтверждающие наличие альфа-спирали, которые он первым делом показал Брэггу в понедельник. Подтверждение Перуцем структуры альфа-спирали было опубликовано в Nature вскоре после этого. Принципы, примененные в статье 1950 года к теоретическим полипептидным структурам, справедливым для спирали 3 10, включали:
Спираль 3 10 была в конечном итоге подтверждена Кендрю в его структуре миоглобина 1958 года, а также обнаружена в исследовании Перутцем 1960 года определения структуры гемоглобина и в последующей работе над его деоксигенированной и оксигенированной формами.
Спираль 3 10 теперь известна как третья основная структура, встречающаяся в глобулярных белках, после α-спирали и β-листа. Это почти всегда короткие участки, почти 96% из которых содержат четыре или меньше аминокислотных остатков, появляющиеся, например, в таких местах, как «углы», где α-спирали меняют направление в структуре миоглобина. Более длинные участки, в диапазоне от семи до одиннадцати остатков, наблюдались в сегменте датчика напряжения потенциал-управляемых калиевых каналов в трансмембранном домене некоторых спиральных белков.
Аминокислоты в 3 10 -спирали расположены в правой спиральной структуре. Каждая аминокислота соответствует повороту спирали на 120 ° (т. Е. Спираль имеет три остатка на виток) и трансляции 2,0 Å (0,20 нм) вдоль оси спирали и имеет 10 атомов в кольце, образованном путем создания водородная связь. Наиболее важно то, что группа N-H аминокислоты образует водородную связь с группой C = O аминокислоты тремя остатками ранее; эта повторяющаяся водородная связь i + 3 → i определяет 3 10 -спираль. Подобные структуры включают α-спираль (водородная связь i + 4 → i) и π-спираль i + 5 → i водородная связь.
Остатки в длинных 3 10 -спирали принимают (φ, ψ) двугранные углы около (-49 °, -26 °). Многие 3 10 -спирали в белках короткие, поэтому отклоняются от этих значений. В более общем случае остатки в длинных 3 10 -спиралях имеют двугранные углы, так что двугранный угол ψ одного остатка и двугранный угол φ следующего остатка в сумме составляют примерно -75 °. Для сравнения, сумма двугранных углов для α-спирали составляет примерно -105 °, тогда как для π-спирали - примерно -125 °.
Общая формула для угла поворота Ω на остаток любая полипептидная спираль с транс-изомерами определяется уравнением:
и поскольку Ω = 120 ° для идеальной спирали 3 10, отсюда следует, что φ и ψ должны быть связано следующим образом:
в соответствии с наблюдаемым значением φ + ψ около -75 °.
Двугранные углы в спирали 3 10, относительные к спирали α-спирали, можно отнести к короткой длине этих спиралей - от 3 до 5 остатков в длину по сравнению с длиной остатков от 10 до 12 остатков их современников α-спирали. 3 10 -спирали часто возникают при переходах, приводя, как правило, к коротким длинам остатков, что приводит к отклонениям в распределении торсионных углов их основных цепей и, следовательно, к неоднородностям. Их сети водородных связей искажены по сравнению с α-спиралями, что способствует их нестабильности, хотя частое появление 3 10 -спирали в природных белках демонстрирует их важность в переходных структурах.
Благодаря исследованиям, проведенным Мэри Карпен, Питером Де Хасетом и Кеннетом Нитом, были обнаружены факторы частичной стабильности в 3 10 -спиралях. Спирали наиболее заметно стабилизируются остатком аспартата на неполярном N-конце, который взаимодействует с амидной группой на спиральном N-кэпе. Это электростатическое взаимодействие стабилизирует диполи пептидов в параллельной ориентации. Подобно непрерывным спиральным водородным связям, которые стабилизируют α-спирали, высокие уровни аспартата столь же важны для выживания 3 10 -спирали. Высокая частота аспартата как в 3 10 -спирали, так и в α-спирали указывает на инициацию его спирали, но в то же время предполагает, что он способствует стабилизации 3 10 -спирали за счет подавление распространения α-спиралей.
