Pi espiral

Una pi-hélice (o π-hélice ) es un tipo de estructura secundaria que se encuentra en las proteínas [1] . Descubiertas por la cristalógrafa Barbara Lowe en 1952 [2] y una vez consideradas una rareza, las hélices π cortas se encuentran en el 15% de las estructuras proteicas conocidas y se cree que son adaptaciones evolutivas hechas al insertar un solo aminoácido en una hélice α [3 ] . Debido a que dichos insertos son altamente desestabilizadores para la cadena de proteína [4] , la formación de hélice π tenderá a estar sujeta a selección evolutiva a menos que proporcione algún beneficio funcional a la proteína. Por lo tanto, las hélices π generalmente se encuentran cerca de los sitios funcionales de las proteínas [3] [5] [6] .

Estructura estándar

Los aminoácidos en la hélice π estándar están dispuestos en una estructura helicoidal dextrógira . Cada aminoácido corresponde a un giro de 87° de la hélice (es decir, la hélice tiene 4,1 residuos por giro) y un desplazamiento de 1,15 Å (0,115 nm ) a lo largo del eje de la hélice. Lo que es más importante, el grupo NH del aminoácido forma un enlace de hidrógeno con el grupo C=O del aminoácido cinco residuos antes; este enlace de hidrógeno i  + 5 → i repetido define la hélice π. Se encuentran estructuras de construcción similares en la hélice 3 10 ( i  + 3 → i enlace de hidrógeno) y la hélice α ( i  + 4 → i enlace de hidrógeno).

La mayoría de las hélices π tienen solo 7 residuos de largo y no tienen ángulos diédricos que se repiten regularmente ( φ ,  ψ ) en toda la estructura como lo hacen las hélices α o las hojas β. Sin embargo, se pueden hacer algunas generalizaciones. Cuando se eliminan el primer y el último par de residuos de aminoácidos, los ángulos diedros existen de manera que el ángulo diedro ψ de un residuo y el ángulo diedro φ del siguiente residuo son aproximadamente -125°. La suma del primer y último par de residuos es −95° y −105°, respectivamente. A modo de comparación, la suma de los ángulos diedros para la hélice 3 10 es de aproximadamente −75°, mientras que para la hélice α es de aproximadamente −105°. La prolina a menudo se observa inmediatamente después de la terminación de las hélices π. La fórmula general para el ángulo de rotación Ω por residuo de cualquier hélice polipeptídica con isómeros trans viene dada por la ecuación

Estructura para zurdos

Es posible una versión para zurdos de la hélice π cambiando el signo ( φ ,  ψ ) de los ángulos diedros a (55°, 70°). Esta hélice pseudo-"espejo" tiene aproximadamente el mismo número de residuos por vuelta (4,1) y paso de hélice (1,5 Å). Esta no es una verdadera imagen especular porque los residuos de aminoácidos todavía tienen quiralidad levógira . Es poco probable que se vea una hélice π larga a la izquierda en las proteínas porque, entre los aminoácidos naturales, es probable que solo la glicina tenga ángulos φ diédricos positivos , como 55 °.

π-hélices en la naturaleza

Los programas de uso común para la determinación automatizada de estructuras secundarias, como DSSP , asumen que <1% de las proteínas contienen una hélice π. Esta caracterización errónea se debe al hecho de que las hélices π que se producen de forma natural suelen tener una longitud corta (de 7 a 10 residuos) y casi siempre están asociadas (es decir, flanqueadas) con hélices α en ambos extremos. Por lo tanto, casi todas las hélices π están ocultas en el sentido de que los residuos de hélice π se asignan incorrectamente a una hélice α o "giros". Los programas desarrollados recientemente escritos para anotar correctamente las hélices π en las estructuras de proteínas han descubierto que una de cada seis proteínas (alrededor del 15 %) en realidad contiene al menos un segmento de hélice π [3] .

Las hélices π naturales se pueden identificar fácilmente en la estructura como un "bulto" dentro de una hélice α más larga. Estas protuberancias helicoidales se denominaban anteriormente aneurismas α, protuberancias α, protuberancias π, giros anchos, salidas de bucle y giros π, pero en realidad son hélices π, definidas por sus enlaces de hidrógeno repetidos i + 5 → i [3] . La evidencia sugiere que estas protuberancias o hélices π se crean mediante la inserción de un aminoácido adicional en una hélice α ya existente. Por lo tanto, las hélices α y las hélices π pueden transformarse mutuamente mediante la inserción y eliminación de un aminoácido [4] . Teniendo en cuenta tanto la frecuencia relativamente alta de aparición de hélices π como su asociación notoria con sitios funcionales (es decir, sitios activos ) de proteínas, esta capacidad de interconvertir entre hélices α y hélices π ha sido un mecanismo importante para cambiar y diversificar el funcionalidad de las proteínas a lo largo de la evolución.

Uno de los grupos más notables de proteínas cuya diversificación funcional parece haber sido fuertemente influenciada por tal mecanismo evolutivo es la superfamilia similar a la ferritina , que incluye ferritinas , bacterioferritinas , rubreritrinas , ribonucleótido reductasas de clase I y metano monooxigenasas solubles . La metano monooxigenasa soluble tiene el récord actual de mayor número de hélices π en una sola enzima (13). ( código PDB 1MTY). Sin embargo, el homólogo bacteriano del transportador de neurotransmisores dependiente de Na + /Cl ( código PDB 2A65) tiene el récord del número de hélices π en una cadena peptídica (8 piezas) [3] .

Véase también

• α-hélice
• 3 10 espiral
• β-hélice

Notas

1. ^ "La estructura de las proteínas: dos configuraciones helicoidales unidas por hidrógeno de la cadena polipeptídica". proc. nacional Academia ciencia Estados Unidos . 37 (4): 205-211. 1951. doi : 10.1073/ pnas.37.4.205 . PMID 14816373 . 
2. ↑ (IUCr) Barbara Wharton Low (1920-2019) . www.iucr.org . Consultado el 2 de octubre de 2019. Archivado desde el original el 25 de febrero de 2020. (indefinido)
3. ↑ 1 2 3 4 5 Richard B. Cooley, Daniel J. Arp, P. Andrew Karplus. Origen evolutivo de una estructura secundaria: π-Hélices como variaciones de inserción crípticas pero generalizadas de α-Hélices que mejoran la funcionalidad de las proteínas  //  Journal of Molecular Biology. — 2010-11. — vol. 404 , edición. 2 . — pág. 232–246 . -doi : 10.1016 / j.jmb.2010.09.034 . Archivado el 26 de mayo de 2021.
4. ↑ 1 2 L. J. Keefe, J. Sondek, D. Shortle, E. E. Lattman. El aneurisma alfa: un motivo estructural revelado en un mutante de inserción de la nucleasa estafilocócica.  (Inglés)  // Actas de la Academia Nacional de Ciencias. - 1993-04-15. — vol. 90 , edición. 8 _ — Pág. 3275–3279 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . -doi : 10.1073/ pnas.90.8.3275 .
5. ↑ Weaver TM (2000). "La pi-hélice traduce la estructura en función". ciencia de las proteinas 9 (1): 201-206. DOI : 10.1110/ps.9.1.201 . PMID  10739264 .
6. ^ "Ocurrencia, características conformacionales y propensiones de aminoácidos para la pi-hélice". ProteinIng . 15 (5): 353-358. 2002. DOI : 10.1093/proteína/15.5.353 . PMID  12034854 .