Войти
Мультяшное изображение β-шпильки Бета-версия шпилька (иногда также называемая бета-лента или бета-бета-единица ) представляет собой простой белок структурный мотив, включающий два бета-нити, похожие на шпильку . Мотив состоит из двух соседних нитей в первичной структуре, ориентированных в антипараллельном направлении (N-конец одного листа примыкает к С-конец следующего) и связаны короткой петлей из двух-пяти аминокислот. Бета-шпильки могут встречаться изолированно или как часть серии связанных водородными связями нитей, которые вместе составляют бета-лист.
Такие исследователи, как Francisco Blanco et al. использовали ЯМР белка, чтобы показать, что бета-шпильки могут быть образованы из изолированных коротких пептидов в водном растворе, предполагая, что шпильки могут образовывать сайты зародышеобразования для сворачивания белка.
Бета-шпильки изначально классифицировались исключительно по количеству аминокислотных остатков в их последовательностях петель, так что они были названы с одним остатком, с двумя остатками и т. д. Эта система, однако, несколько неоднозначна, поскольку она не принимает во внимание, являются ли остатки, которые сигнализируют о конце шпильки имеют одну или две водородные связи. С тех пор Милнер-Уайт и Поэт предложили усовершенствованный способ классификации. Бета-шпильки разбиты на четыре отдельных класса, как показано на рисунке 1. Каждый класс начинается с наименьшего возможного количества петлевых остатков и постепенно увеличивает размер петли, удаляя водородные связи в бета-листе. Первичная шпилька класса 1 представляет собой петлю с одним остатком, в которой связанные остатки имеют две водородные связи. Затем одна водородная связь удаляется, чтобы создать петлю из трех остатков, которая является вторичной шпилькой класса 1. Одиночно связанные остатки считаются в последовательности петли, но также сигнализируют о конце петли, таким образом определяя эту шпильку как шпильку из трех остатков. петля. Затем эта одинарная водородная связь удаляется, образуя третичную шпильку; петля из пяти остатков с дважды связанными остатками. Этот шаблон продолжается бесконечно и определяет все бета-шпильки внутри класса. Класс 2 следует той же схеме, начиная с петли из двух остатков с концевыми остатками, которые разделяют две водородные связи. Класс 3 начинается с трех остатков, а класс 4 - с четырех остатков. Класса 5 не существует, поскольку эта основная шпилька уже определена в классе 1.
Эта схема классификации не только учитывает различные степени водородной связи, но также кое-что говорит о биологическом поведении шпильки. Замена одной аминокислоты может разрушить определенную водородную связь, но не развернет шпильку и не изменит ее класс. С другой стороны, вставки и делеции аминокислот должны будут развернуть и преобразовать всю бета-цепь, чтобы избежать бета-выпуклости во вторичной структуре. Это изменит класс шпильки в процессе. Поскольку замены являются наиболее распространенными аминокислотными мутациями, белок потенциально может подвергаться преобразованию, не влияя на функциональность бета-шпильки.
Область нативного поворота бета-шпильки 
Домен Pin1. Пептидилпролилцис-транс-изомераза, взаимодействующая с NIMA 1 (Pin1) - белок с 34 остатками - изображена выше двумя разными способами. Слева обратные повороты хорошо видны зеленым цветом, а β-нити - желтым. Все вместе они образуют мотив β-шпильки. На рисунке справа тот же фермент изображен в более трехмерном аспекте. Понимание механизма сворачивания микродоменов может помочь пролить свет на структуру сворачивания целых белков. Исследования бета-шпильки под названием чигнолин (см. Chignolin в Proteopedia ) выявили ступенчатый процесс складывания, который запускает складывание бета-шпильки. Эта шпилька имеет особенности последовательности, сходные с более чем 13000 известных шпилек, и поэтому может служить более общей моделью образования бета-шпильки. Формирование области собственного поворота сигнализирует о начале каскада складывания, где собственный поворот - это тот, который присутствует в окончательной складчатой структуре.
При сворачивании всех белков поворот может происходить не в области нативного поворота, а в С-цепи бета-шпильки. Этот поворот затем распространяется через C-цепь (бета-цепь, ведущая к C-концу), пока не достигнет области нативного поворота. Иногда взаимодействия остатка , ведущие к области нативного поворота, слишком сильны, вызывая обратное распространение. Однако, как только нативный поворот действительно формируется, взаимодействия между остатками пролина и триптофана (видно на изображении справа) в области помогают стабилизировать поворот, предотвращая «откат» или растворение..
Исследователи полагают, что повороты не возникают в N-цепи из-за повышенной жесткости (часто вызываемой пролином, ведущим к области нативного витка) и меньших вариантов конформации. Формирование начального витка происходит примерно за 1 мкс. После того, как начальный поворот был установлен, были предложены два механизма относительно того, как складывается остальная часть бета-шпильки: гидрофобный коллапс с перестройкой уровня боковой цепи или более общепринятый механизм, подобный застежке-молнии.
Мотив петли β-шпильки можно найти во многих макромолекулярных белках. Однако маленькие и простые β-шпильки могут существовать и сами по себе. Чтобы ясно это увидеть, в качестве примера слева показан белок домена Pin1.
Белки, богатые β-слоями, также называемые доменами WW, функционируют, прикрепляясь к богатым пролином и / или фосфорилированным пептидам, опосредуя межбелковые взаимодействия. «WW» относится к двум остаткам триптофана (W), которые консервативны в последовательности и способствуют сворачиванию β-листов с образованием небольшого гидрофобного ядра. Эти остатки триптофана показаны ниже (справа) красным цветом.
Этот фермент связывает свой лиганд посредством сил Ван-дер-Ваальса консервативных триптофанов и богатых пролином участков лиганда. Другие аминокислоты могут затем связываться с гидрофобным ядром структуры β-шпильки для обеспечения надежного связывания.
Также часто обнаруживают остатки пролина внутри фактической части петли β- шпилька, так как эта аминокислота жесткая и способствует образованию «витка». Эти остатки пролина можно увидеть как красные боковые цепи на изображении WW-домена Pin1 ниже (слева).
 Петли, богатые ww-доменом Pin1-пролином |  Триптофаны, консервативные ww-доменом Pin1 |
Дизайн пептидов, которые принимают структуру β-шпильки (не полагаясь на связывание металлов, необычно аминокислоты или дисульфидные поперечные связи) добились значительного прогресса и позволили понять динамику белков. В отличие от α-спиралей, β-шпильки не стабилизируются обычным рисунком водородных связей. В результате ранние попытки требовали по крайней мере 20-30 аминокислотных остатков для достижения стабильных третичных складок β-шпилек. Однако этот нижний предел был снижен до 12 аминокислот из-за повышения стабильности за счет включения пар перекрестных цепей триптофан-триптофан. Было показано, что две пары триптофана, не связывающиеся с водородом, сцепляются в мотив, подобный застежке-молнии, стабилизируя структуру β-шпильки, при этом позволяя ей оставаться водорастворимой. Структура ЯМР β-пептида триптофановой застежки-молнии (trpzip) демонстрирует стабилизирующий эффект благоприятных взаимодействий между соседними индольными кольцами.
шпилька из азобензола Синтез trpzip β В пептиды-шпильки включены фотопереключатели, облегчающие точный контроль складывания. Некоторые аминокислоты, в свою очередь, заменяются на азобензол, который можно заставить переключиться из транс-конформации в цис-конформацию светом с длиной волны 360 нм. Когда азобензольный фрагмент находится в цис-конформации, аминокислотные остатки правильно выравниваются, принимая образование β-шпильки. Однако транс-конформация не имеет правильной геометрии поворота для β-шпильки. Это явление можно использовать для исследования конформационной динамики пептидов с помощью фемтосекундной абсорбционной спектроскопии.
