Heliks alfa
Heliks alfa (α-heliks) ialah motif (bentuk) biasa dalam struktur sekunder protein, dan merupakan konformasi heliks tangan kanan, di mana setiap kumpulan N−H tulang belakang terikat dengan ikatan hidrogen kepada kumpulan C=O tulang belakang asid amino terletak selepas empat sisa (anggota) lebih awal di sepanjang urutan protein.
Heliks alfa juga dipanggil α-heliks Pauling–Corey–Branson klasik. Nama 3.613-heliks juga digunakan bagi jenis heliks ini, menandakan purata bilangan sisa setiap pusingan heliks, dengan 13 atom terlibat dalam gelang yang dibentuk oleh ikatan hidrogen.
Antara jenis struktur tempatan dalam protein, α-helix adalah yang paling ekstrem dan paling boleh diramal daripada jujukan, serta yang paling lazim.
Struktur
suntingGeometri dan ikatan hidrogen
suntingAsid amino dalam α-heliks disusun dalam struktur heliks tangan kanan, di mana setiap sisa asid amino sepadan dengan pusingan 100° dalam heliks (iaitu, heliks mempunyai 3.6 sisa setiap pusingan), dan translasi 1.5 Å (0.15 nm) sepanjang paksi heliks. Dunitz[1] menerangkan bagaimana artikel pertama Pauling mengenai tema sebenarnya menunjukkan heliks kidal, yakni enantiomer bagi struktur sebenar. Cebisan pendek heliks tangan kiri kadangkala wujud dengan kandungan asid amino glisina akiral besar, tetapi tidak sesuai bagi asid L-amino biologi normal yang lain. Pic bagi heliks afa (jarak menegak antara pusingan heliks berturut-turut) ialah 5.4 Å (0.54 nm), iaitu hasil darab 1.5 dan 3.6. Apa yang paling penting ialah kumpulan NH asid amino membentuk ikatan hidrogen dengan kumpulan C=O asid amino empat sisa tadi; ini berulang i + 4 → i ikatan hidrogen ialah ciri yang paling menonjol bagi α-heliks. Tatanama antarabangsa rasmi[2][3] menentukan dua cara untuk mentakrifkan α-heliks, peraturan 6.2 dari segi pengulangan φ, ψ sudut kilasan (lihat di bawah) dan peraturan 6.3 dari segi corak gabungan pic dan ikatan hidrogen. α-Heliks boleh dikenal pasti dalam struktur protein menggunakan beberapa kaedah pengiraan, salah satunya ialah DSSP (Takrifan Struktur Sekunder Protein).[4]
Struktur yang serupa termasuk heliks 310 (i + 3 → ikatan hidrogen i) dan π-heliks (i + 5 → i ikatan hidrogen). α-Heliks boleh digambarkan sebagai heliks 3.613, kerana i + jarak 4 menambah tiga lagi atom pada gelung terikat hidrogen berbanding dengan heliks 310 yang lebih ketat, dan secara purata, 3.6 asid amino terlibat dalam satu gelang α-heliks. Subskrip merujuk kepada bilangan atom (termasuk hidrogen) dalam gelung tertutup yang dibentuk oleh ikatan hidrogen.[5]
Sisa α-heliks biasanya menggunakan sudut dihedral (φ, ψ) tulang belakang sekitar (−60°, −45°), seperti yang ditunjukkan dalam imej di sebelah kanan. Dalam istilah lebih umum, mereka menggunakan sudut dihedral supaya sudut ψ dihedral bagi satu sisa dan sudut φ dihedral jumlah sisa seterusnya berjumlah kira-kira -105°. Akibatnya, sudut dihedral α-heliks, secara amnya, jatuh pada jalur pepenjuru pada gambar rajah Ramachandran (cerun −1), antara (−90°, −15°) hingga (−70°, −35°). Sebagai perbandingan, jumlah sudut dihedral untuk heliks 310 adalah kira-kira −75°, manakala untuk heliks π adalah kira-kira −130°. Formula umum sudut putaran Ω setiap sisa mana-mana heliks polipeptida dengan isomer trans diberikan oleh persamaan:[7][8]
- 3 cos Ω = 1 − 4 cos2 φ + ψ23 cos Ω = 1 − 4 cos2 φ + ψ2
α-Heliks dibungkus padat; hampir tiada ruang kosong dalam heliks. Rantai sisi asid amino berada di luar heliks, dan menghala secara kasar "ke bawah" (iaitu, ke arah terminal N), seperti dahan pokok malar hijau (kesan pokok Krismas). Arah ini kadangkala digunakan dalam peta awalan dan resolusi rendah ketumpatan elektron untuk menentukan arah tulang belakang protein.[9]
Kecenderungan asid amino
suntingUrutan asid amino yang berbeza mempunyai kecenderungan yang berbeza untuk membentuk struktur α-heliks. Metionina, alanina, leusina, glutamat dan lisina tidak bercas ("MALEK" dalam kod asid amino 1 huruf) semuanya mempunyai kecenderungan membentuk heliks yang tinggi, manakala prolina dan glisina mempunyai kecenderungan lemah untuk membentuk heliks.[10] Prolina sama ada memecahkan atau membengkokkan heliks, kedua-duanya kerana ia tidak boleh menderma ikatan hidrogen amida (tidak mempunyai hidrogen amida), dan juga kerana rantai sisinya mengganggu tulang belakang pusingan sebelumnya secara sterik – di dalam heliks, ini memaksa selekoh kira-kira 30° dalam paksi heliks.[5] Walau bagaimanapun, prolina sering dilihat sebagai sisa pertama heliks, ia dianggap disebabkan oleh ketegaran strukturnya. Pada satu aspek bertentangan, glisina juga cenderung untuk mengganggu heliks kerana fleksibiliti konformasi yang tinggi menjadikannya mahal secara etropik untuk menerima pakai struktur α-heliks yang agak terhad.
Jadual kecenderungan alfa-heliks asid amino piawai
suntingAnggaran perbezaan dalam perubahan tenaga bebas, Δ(ΔG), dianggarkan dalam kcal/mol setiap sisa dalam konfigurasi α-heliks, berbanding dengan alanina yang ditetapkan awal-sebagai sifar. Nombor yang lebih tinggi (perubahan tenaga bebas yang lebih positif) kurang diutamakan. Penyimpangan yang ketara daripada nombor purata ini adalah mungkin, bergantung pada identiti sisa jiran.
Peranan fungsi
sunting
Rentasan membran
suntingα-Heliks juga merupakan unsur struktur protein yang paling biasa melintasi membran biologi (protein transmembran),[11] ia dianggap sebegitu kerana struktur heliks boleh memenuhi semua ikatan hidrogen tulang belakang di kawasan dalaman, dan tidak meninggalkan kumpulan kutub terdedah kepada membran jika rantai sisi bersifat hidrofobik. Protein kadangkala berlabuh oleh heliks yang merentangi membran tunggal, kadangkala oleh sepasang, dan kadangkala oleh berkas heliks, kebanyakannya secara klasik terdiri daripada tujuh heliks yang disusun atas-bawah dalam gelang seperti untuk rodopsin (lihat imej di sebelah kanan) dan reseptor bergandingan protein G lain (GPCR). Kestabilan struktur antara pasangan domain transmembran α-heliks bergantung pada motif pembungkusan interheliks membran yang dipelihara, contohnya, motif glisina-xxx-glisina (atau kecil-xxx-kecil).[12]
Rujukan
sunting- ^ "Pauling's Left-Handed α-Helix". Angewandte Chemie International Edition. 40 (22): 4167–4173. 2001. doi:10.1002/1521-3773(20011119)40:22<4167::AID-ANIE4167>3.0.CO;2-Q. PMID 29712120.
- ^ IUPAC-IUB Commission on Biochemical Nomenclature (1970). "Abbreviations and symbols for the description of the conformation of polypeptide chains". Journal of Biological Chemistry. 245 (24): 6489–6497. doi:10.1016/S0021-9258(18)62561-X.
- ^ "Polypeptide Conformations 1 and 2". www.sbcs.qmul.ac.uk. Dicapai pada 5 November 2018.
- ^ "Dictionary of protein secondary structure: pattern recognition of hydrogen-bonded and geometrical features". Biopolymers. 22 (12): 2577–637. December 1983. doi:10.1002/bip.360221211. PMID 6667333.
- ^ a b "The anatomy and taxonomy of protein structure". Advances in Protein Chemistry. 34: 167–339. 1981. doi:10.1016/S0065-3233(08)60520-3. ISBN 9780120342341. PMID 7020376.
- ^ "Structure validation by Calpha geometry: phi,psi and Cbeta deviation". Proteins. 50 (3): 437–50. February 2003. doi:10.1002/prot.10286. PMID 12557186.
- ^ Structure and Action of Proteins, Harper, New York, 1969
- ^ Zorko, Matjaž (2010). "Structural Organization of Proteins". Dalam Langel, Ülo; Cravatt, Benjamin F.; Gräslund, Astrid; von Heijne, Gunnar; Land, Tiit; Niessen, Sherry; Zorko, Matjaž (penyunting). Introduction to Peptides and Proteins. Boca Raton: CRC Press. m/s. 36–57. ISBN 9781439882047.
- ^ "Rapid model building of alpha-helices in electron-density maps". Acta Crystallographica Section D. 66 (Pt 3): 268–75. March 2010. doi:10.1107/S0907444910000314. PMC 2827347. PMID 20179338.
- ^ "A helix propensity scale based on experimental studies of peptides and proteins". Biophysical Journal. 75 (1): 422–7. July 1998. Bibcode:1998BpJ....75..422N. doi:10.1016/S0006-3495(98)77529-0. PMC 1299714. PMID 9649402.
- ^ Branden & Tooze, chapter 12.
- ^ "De novo design of transmembrane helix–helix interactions and measurement of stability in a biological membrane". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. 1848 (5): 1248–57. 2015. doi:10.1016/j.bbamem.2015.02.020. PMID 25732028.