Una horquilla beta (a veces también llamada cinta beta o unidad beta beta ) es un motivo estructural de proteína simple que incluye dos hebras beta que parecen una horquilla . El motivo consta de dos hebras adyacentes en su estructura primaria , orientadas en una dirección antiparalela ( el extremo N de una hoja es adyacente al extremo C de la siguiente), conectadas por un bucle corto de dos a cinco aminoácidos . Las horquillas beta pueden ocurrir de forma aislada o como parte de una serie de hebras unidas por hidrógeno que juntas forman una lámina beta .
Investigadores como Francisco Blanco y otros han utilizado RMN de proteínas para demostrar que se pueden formar horquillas beta a partir de péptidos cortos aislados en solución acuosa, lo que sugiere que las horquillas pueden formar sitios de nucleación para el plegamiento de proteínas [1] .
Las horquillas beta se clasificaron originalmente únicamente por el número de residuos de aminoácidos en sus secuencias de bucle, por lo que se denominaron de un solo residuo, de dos residuos, etc. [2] Este sistema, sin embargo, es algo ambiguo porque no tiene en cuenta si los residuos que señalan el final de la horquilla por enlaces de hidrógeno simples o dobles entre sí. Desde entonces, Milner-White y Poet han propuesto un método mejorado de clasificación [3] .
Las horquillas beta se dividen en cuatro clases separadas. Cada clase comienza con el menor número posible de residuos en el bucle y aumenta progresivamente el tamaño del bucle eliminando los enlaces de hidrógeno en la hoja beta. Una horquilla primaria de clase 1 es un bucle de un solo residuo en el que los residuos enlazados tienen dos enlaces de hidrógeno. Luego se elimina un enlace de hidrógeno, formando un bucle de tres residuos, que es una horquilla secundaria de clase 1. Los residuos con enlaces simples se cuentan en secuencia de bucle, pero también señalan el final del bucle, definiendo así esta horquilla como un bucle de tres residuos. . Este enlace de hidrógeno único luego se elimina para crear una horquilla terciaria; un bucle de cinco residuos con residuos doblemente enlazados. Este patrón continúa indefinidamente y define todas las horquillas beta dentro de una clase. La clase 2 sigue el mismo patrón, comenzando con un ciclo de dos residuos con residuos terminales que comparten dos enlaces de hidrógeno. La clase 3 comienza con tres residuos y la clase 4 comienza con cuatro residuos. La clase 5 no existe porque esta horquilla básica ya está definida en la clase 1. Este esquema de clasificación no solo tiene en cuenta los diferentes grados de enlaces de hidrógeno, sino que también habla del comportamiento biológico de la horquilla. Una sustitución de un solo aminoácido puede romper un enlace de hidrógeno particular, pero no revertirá la horquilla ni cambiará su clase. Por otro lado, las inserciones y eliminaciones de aminoácidos tendrán que desplegar y reorganizar toda la cadena beta para evitar el abultamiento beta en la estructura secundaria. Esto cambiará la clase de horquilla en el proceso. Dado que las sustituciones son las mutaciones de aminoácidos más comunes, una proteína puede potencialmente sufrir una transformación sin afectar la funcionalidad de la horquilla beta [3] .
Comprender el mecanismo de plegamiento de microdominios puede ayudar a arrojar luz sobre los patrones de plegamiento de proteínas completas . La investigación sobre una horquilla beta llamada chignolin (ver Chignolin en Proteopedia ) ha revelado un proceso de plegado gradual que impulsa la horquilla beta. Esta horquilla comparte características de secuencia con más de 13.000 horquillas conocidas y, por lo tanto, puede servir como un modelo más general para la formación de horquillas beta. La formación de una región de giro nativo señala el comienzo de la cascada de plegamiento, donde el giro nativo es el presente en la estructura de pliegue final.
Al plegar todas las proteínas, el giro puede ocurrir no en el área del giro nativo, sino en la cadena C de la horquilla beta. Este giro luego se propaga a través de la hebra C (la hebra beta que conduce al extremo C) hasta que alcanza la región del giro nativo. A veces , las interacciones de los residuos que conducen a la región del giro nativo son demasiado fuertes y hacen que se desarrolle. Sin embargo, una vez que se forma un giro nativo, las interacciones entre las prolinas y los residuos de triptófano (vistos en la imagen de la derecha) en la región ayudan a estabilizar el giro, evitando el "retroceso" o el despliegue.
Los investigadores creen que los giros no ocurren en la cadena N debido a una mayor rigidez (a menudo causada por la prolina que conduce a la región de giro nativa) y menos variaciones conformacionales. La formación de la bobina inicial se produce en aproximadamente 1 μs. Una vez que se ha establecido el giro inicial, se han propuesto dos mecanismos sobre cómo se pliega el resto de la horquilla beta: colapso hidrofóbico con reordenamientos del nivel de la cadena lateral, o el mecanismo más convencional similar a una cremallera [4] .
El motivo de bucle de horquilla β se puede encontrar en muchas proteínas macromoleculares. Sin embargo, las horquillas β pequeñas y simples pueden existir por sí mismas. Para ver esto claramente, la proteína del dominio Pin1 se muestra como ejemplo a la izquierda.
Las proteínas ricas en capa β, también llamadas dominios WW , funcionan uniéndose a péptidos fosforilados y/o ricos en prolina, mediando en las interacciones proteína a proteína . "WW" se refiere a dos residuos de triptófano (W) que se conservan en secuencia y promueven el plegamiento de las láminas β para formar un pequeño núcleo hidrofóbico [5] . Los residuos de triptófano se pueden ver abajo (derecha) en rojo.
Esta enzima se une a su ligando a través de las fuerzas de van der Waals de triptófanos conservados y regiones ricas en prolina del ligando. Luego, otros aminoácidos pueden unirse al núcleo hidrofóbico de la estructura de horquilla β para garantizar una unión confiable [6] .
También es común encontrar residuos de prolina dentro de la porción de bucle de la horquilla β, ya que este aminoácido es rígido y favorece la formación de espirales. Estos residuos de prolina se pueden ver como cadenas laterales rojas en la imagen del dominio Pin1 WW a continuación (izquierda).
El diseño de péptidos que adoptan una estructura de horquilla β (sin depender de la unión de metales, aminoácidos inusuales o enlaces cruzados de disulfuro) ha hecho un progreso significativo y ha permitido comprender la dinámica de las proteínas. A diferencia de las hélices α , las horquillas β no están estabilizadas por un patrón regular de enlaces de hidrógeno. Como resultado, los primeros intentos requerían al menos 20-30 residuos de aminoácidos para lograr pliegues terciarios de horquilla β estables. Sin embargo, este límite inferior se ha reducido a 12 aminoácidos debido a una mayor estabilidad debido a la inclusión de pares de cadenas cruzadas de triptófano-triptófano. Se ha demostrado que dos pares de triptófano sin enlaces de hidrógeno se aparean en un motivo similar a una cremallera, lo que estabiliza la estructura de horquilla β y permite que siga siendo soluble en agua . La estructura de RMN del péptido β con cremallera de triptófano (trpzip) muestra el efecto estabilizador de las interacciones favorables entre los anillos de indol adyacentes [7] .
La síntesis de péptidos de horquilla β trpzip incluye fotointerruptores que facilitan el control preciso del plegamiento. Algunos aminoácidos se reemplazan a su vez por azobenceno , que se puede cambiar de trans a cis mediante la exposición a una luz de 360 nm. Cuando el resto de azobenceno está en conformación cis, los residuos de aminoácidos se alinean correctamente, asumiendo la formación de una horquilla β. Sin embargo, la conformación trans no tiene la geometría de giro correcta para una horquilla β [8] . Este fenómeno se puede utilizar para estudiar la dinámica conformacional de los péptidos mediante espectroscopia de absorción de femtosegundos [8] .
| Estructura secundaria de una proteína. | ||
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