Hélice superenrolada

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
O exemplo clásico de hélice superenrolada é a cremalleira de leucina GCN4 (código PDB 1zik), que é un homodímero paralelo antihorario. Hai diversos tipos de hélices superenroladas.

Unha hélice superenrolada (en inglés coiled coil) é un motivo estrutural das proteínas, no que se enrolan xuntas de dúas a sete hélices alfa[1], orixinando como formas máis comúns dímeros e trímeros. Moitas proteínas do tipo de hélice superenrolada están implicadas en importantes funcións biolóxicas tales como a regulación da expresión xénica, como é o caso dos factores de transcrición. Exemplos notables son as oncoproteínas c-fos e jun, e a proteína muscular tropomiosina.

Descubrimento[editar | editar a fonte]

A posibilidade da existencia dun motivo estrutural en hélice superenrollada foi proposta para a α-queratina por Francis Crick en 1952, xunto co desenvolvemento dos métodos matemáticos necesarios para determinar a súa estrutura.[2] Isto ocorreu pouco despois de que Linus Pauling et al. propuxesen a estrutura da hélice alfa en 1951. [3]

Estrutura molecular[editar | editar a fonte]

As hélices superenroladas xeralmente posúen un patrón repetido do tipo hpphppp, de residuos de aminoácidos hidrofóbicos (h) e polares (p), chamado héptada repetitiva. As posicións da héptada repetitiva están marcadas como abcdefg, onde a e d son as posicións hidrofóbicas, ocupadas frecuentemente por isoleucina, leucina ou valina. Pregar unha secuencia con este patrón repetitivo nunha estrutura secundaria en hélice alfa fai que os residuos hidrofóbicos se presenten como unha "banda" que xira suavemente ao longo da hélice en sentido antihorario, formando unha estrutura anfipática. A forma máis favorable para que dúas destas hélices se organicen no medio acuoso do citoplasma é envolver as zonas hidrófobas entre si de modo que queden rodeados dos aminoácidos hidrofílicos, que se sitúan no exterior. Debido a isto, a posición interior das superficies hidrófobicas, proporciona a forza termodinámica impulsora para a oligomerización. A ensamblaxe en hélice superenrollada (coiled coil) é moi compacto, interaccionando entre si practicamente todas as cadeas laterais dos residuos a e d por medio de forzas de van der Waals. Esta ensamblaxe tan compacta foi predita por Francis Crick en 1952 [4] e coñécese como ensamblaxe "botón en ollal" ("knobs into holes" en inglés).

As hélices alfa poden ser paralelas ou antiparalelas, e adoitan adoptar un enrolamiento en sentido antihorario. Aínda que o enrolamento en sentido horario non sexa tan termodinamicamente favorable, tamén se atoparon na natureza algúns exemplos e tamén o adoptan algunhas proteínas sintéticas. [5]

Importancia biolóxica[editar | editar a fonte]

Vista lateral do hexámero gp41 que inicia a entrada do VIH na súe célula diana.

Un paso chave para a entrada do VIH nas células humanas é a exposición dunha hélice superenrolada trimérica paralela coñecida como gp41. O trímero de gp41 normalmente está cuberto por outra glicoproteína de superficie chamada gp120, a cal o protexe dos anticorpos. Despois de unirse á célula diana, a gp120 experimenta un cambio conformacional que expón o trímero gp41, cuxa cola hidrofóbica N-terminal atravesa a membrana celular da célula destino. Outras tres hélices de gp41 préganse nos sucos da hélice superenrolada do trímero de gp41, formando un hexámero, achegando a cápsida viral e a membrana da célula diana o suficientemente como para a fusión. O virus entra na célula e comeza a replicarse. Desenvolvéronse fármacos inhibidores que se unen nos sucos da hélice superenrolada de gp41 tales como Fuzeon.

Deseño de hélices superenroladas[editar | editar a fonte]

O problema xeral de predicir a estrutura pregada dunha proteína tendo soamente a súa secuencia de aminoácidos non está resolto. Porén, a hélice superenrolada é un dos poucos motivos de pregamento para o cal foi resolta a relación entre a secuencia de aminoácidos e a estrutura pregada final. [6] Harbury et al. realizaron o estudo do arquetipo de hélice superenrollada, GCN4, no que estableceron as normas que determinan a forma en que a secuencia peptídica afecta ao estado oligomérico (é dicir, o número de hélices alfa na ensamblaxe final). [7][8] O GCN4 é unha hélice superenrolada de 31 aminoácidos (o que equivale a pouco máis de catro héptadas) paralela, dimérica e posúe unha repetición de isoleucinas e leucinas nas posicións a e d, respectivamente. Cando se intercambian os aminoácidos nas posicións a e d obtense un trímero de hélice superenrolada. Ademais, mutando ambos os aminoácidos das posicións a e d a leucina isto dá lugar á formación dun tetrámero de hélice superenrolada. Estas regras representan un conxunto asombrosamente simple de normas para a determinación do estado oligomérico da hélice superenrolada. Outro aspecto da ensamblaxe relativamente ben coñecido, polo menos no caso dos dímeros, é que colocar un residuo polar (en particular asparaxina) en posicións a opostas forza a ensamblaxe de hélices paralelas. Este efecto débese ao establecemento dun enlace de hidróxeno autocomplementarios entre estes residuos, o cal quedaría insatisfeito se unha asparaxina se enlazase, por exemplo, cunha leucina da outra hélice. [9]

Notas[editar | editar a fonte]

  1. Liu J; Zheng Q, Deng Y, Cheng CS, Kallenbach NR, and Lu M. (2006). "A seven-helix coiled coil". PNAS 103: 15457–62–15462. DOI:10.1073/pnas.0604871103. PMID 17030805. 
  2. Crick F. H. C. (1952). "Is α-Keratin a Coiled Coil?". Nature 170 (4334): 882–883. DOI:10.1038/170882b0.  PMID 13013241.
  3. The Structure of Proteins: Two Hydrogen-Bonded Helical Configurations of the Polypeptide Chain. DOI:10.1073/pnas.37.4.205. PMID 14816373. http://www.pnas.org/content/37/4/205.full.pdf+html. 
  4. Crick F. H. C. (1952). "Is α-Keratin a Coiled Coil?". Nature 170 (4334): 882–883. DOI:10.1038/170882b0. 
  5. Harbury PB , Plecs JJ, Tidor B, Alber T , Kim PS. (1998). "High-Resolution Protein Design with Backbone Freedom". Science 282: 1462–1467. DOI:10.1126/science.282.5393.1462. PMID 9822371. 
  6. Bromley E. H. C. (2008). "Peptide and Protein Building Blocks for Synthetic Biology: From Programming Biomolecules to Self-Organized Biomolecular Systems". ACS Chem. Biol. 3 (1): 38-50. DOI:10.1021/cb700249v. PMID 18205291. 
  7. Harbury P. B. (1993). "A switch between 2-stranded, 3-stranded and 4-stranded coiled coils in GCN4 leucine-zipper mutants". Science 262: 1401-1407. DOI:10.1126/science.8248779. 
  8. Harbury P. B. (1994). "Crystal-structure of an isoleucine-zipper trimer". Nature 371: 80-83. DOI:10.1038/371080a0. 
  9. Woolfson D. N. (2005). "The design of coiled-coil structures and assemblies". Adv. Protein. Chem. 70: 79-112. DOI:10.1016/S0065-3233(05)70004-8. 

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Outros artigos[editar | editar a fonte]

Bibliografía[editar | editar a fonte]

  • Crick FHC. (1953) "The Packing of α-Helices: Simple Coiled-Coils", Acta Cryst., 6, 689-697.
  • Nishikawa K. and Scheraga HA. (1976) "Geometrical Criteria for Formation of Coiled-Coil Structures of Polypeptide Chains", Macromolecules, 9, 395-407.
  • Harbury PB, Zhang T, Kim PS and Alber T. (1993) "A Switch Between Two-, Three-, and Four-Stranded Coiled Coils in GCN4 Leucine Zipper Mutants", Science, 262, 1401-1407.
  • Gonzalez L, Plecs JJ and Alber T. (1996) "An engineered allosteric switch in leucine-zipper oligomerization", Nature Structural Biology, 3, 510-515.
  • Harbury PB, Plecs JJ, Tidor B, Alber T and Kim PS. (1998) "High-Resolution Protein Design with Backbone Freedom", Science, 282, 1462-1467.
  • Yu YB. (2002) "Coiled-coils: stability, specificity, and drug delivery potential", Adv. Drug Deliv. Rev., 54, 1113-1129.
  • Burkhard P, Ivaninskii S and Lustig A. (2002) "Improving Coiled-coil Stability by Optimizing Ionic Interactions", Journal of Molecular Biology, 318, 901-910.
  • Gillingham AK and Munro S. (2003) "Long coiled-coil proteins and membrane traffic.", Biochim. Biophys. Acta, 1641, 71-85.
  • Mason JM and Arndt KM, (2004) "Coiled coil domains: stability, specificity, and biological implications", Chembiochem, 5, 170-6.