Alfa-heliks

Trodimenzijska struktura alfa-heliksa u proteinu krambinu

Alpha heliks (α-heliks) ili alfa-spirala je čest motiv u sekundarnoj strukturi proteina i predstavlja desnoruko spiralnu konformaciju u kojoj svaka okosnica N-H grupa ima vodikove veze sa okosnicom, C=O grupom aminokiselina, sa tri ili četiri ostatka duž proteinske sekvence.

Alfa-heliks naziva se i klasično kao Pauling-Corey-Bransonov α-heliks. Za ovaj tip zavojnica također se koristi i naziv 3.6₁₃–heliks, označavajući prosječni broj ostataka po spiralnom zavoju, s 13 atoma koji su uključeni u prsten koji tvori vodikova veza.

Među tipovima lokalne strukture u proteinima, α-heliks je najekstremnija i najpredvidljivija u nizu, kao i najrasprostranjenija

Otkriće

Bočni prikaz α-hliksa ostataka alanina u pojedinostima atoma.
Dvije vodikove veze za istu peptidnu grupu istaknute su u magenta boji; udaljenost H do O je oko 2 Å . Lanac proteina ovdje ide prema gore, odnosno njegov N-kraj nalazi se na dnu, a C-kraj na vrhu.
Bočni lanci (crni stubovi) blago su nagnuti prema dolje, prema N-kraju, dok se peptidni kisici (crveni) usmjeravaju prema gore, a peptidni NH (plavi sa sivim kvržicama) prema dolje.

Pogled odozgo na isti hrlikd koji je prikazanu gore. Četiri karbonil grupe usmjerene prema gledatelju, razmaknute su približno 100° u krugu, što odgovara 3,6 aminokiselinskih ostataka po zavoju heliksa.

Ranih 1930-ih, William Astbury pokazao je da je došlo do drastičnih promjena u rendgenskom snimanju difrakcije vlakana vlažne vune ili vlakana kose, nakon značajnog istezanja. Podaci sugeriraju da su nerazvučena vlakna imala smotanu molekulsku strukturu s karakterističnim ponavljanjem ≈ 5,1 Å.

Astbury je za vlakna u početku predložio strukturu previjenog lanca. Kasnije se pridružio drugim istraživačima (posebno američkom hemičaru Mauriceu Hugginsu) predlažući da su:

• nerazvučene molekule proteina tvorile heliks (koju je nazvao α-oblik)
• zbog istezanja spirala se odmotala, formirajući produženo stanje (koje je nazvao β-oblik).

Iako netačni u svim pojedinostima, Astburyjevi modeli ovih oblika bili su u biti tačni i odgovaraju modernim elementima sekundarne strukture, α-heliksa i β-lanca (zadržana je Astburyjeva nomenklatura) , koje su razvili Linus Pauling, Robert Corey i Herman Branson, 1951. (vidi dolje); taj rad pokazivao je i desni i lijevi heliks, iako je 1960. kristalna struktura mioglobina^[1] pokazala da je desnoruki oblik uobičajen. Hans Neurath prvi je pokazao da Astburyjevi modeli ne mogu biti u detaljima tačni, jer su uključivali sukobe atoma.^[2] Neurathov članak i podaci Astburyja nadahnuli su H. S. Taylora,^[3] Maurice Huggins^[4] i Bragga sa suradnicima^[5] da predlože modele keratina koji donekle nalikuju modernom α-heliksu.

Dva ključna razvojma koraka u modeliranju suvremene strukture α-heliksa bila su: pravilna geometrija veze, zahvaljujući određivanje kristalne strukture aminokiselina i peptida i Paulingovo predviđanje planarnih peptidnih veza , kao i njegovo odustajanje od pretpostavke o integralnom broju ostataka po zavoju heliksa. Ključna spoznaja pojavila se u rano proljeće 1948. godine, kada se Pauling prehladio i legao u krevet. Dosađujući se, nacrtao je polipeptidni lanac na traci papira, otprilike tačnih dimenzija i presavio ga u zavojnicu, vodeći računa da održava ravne peptidne veze. Nakon nekoliko pokušaja izradio je model s fizički vjerojatnim vodikovim vezama. Pauling je zatim surađivao s Coreyem i Bransonom kako bi potvrdio svoj model prije objave.^[6] Pauling je 1954. dobio svoju prvu Novelovu nagradu "za istraživanje prirode hemijske veze i njene primjene na rasvjetljavanje strukture kompleksnih supstanci" ^[7], kao što je istaknuto, uključujući i strukturu α-zavojnice.

Struktura

Zbog svoje strukture, sa izuzetkom biljnog GCR2, svi receptori povezani sa G-proteinima pripadaju nadporodici heptaheliksnim transmembranski proteinima (uobičajeni sinonimi: sedam receptora za transmembranski domen, 7-TM receptori i heptahelskiki receptori). Sastoje se od podjedinice sa sedam (grčki hepta) (transmembranskih) heliksnih struktura, koje obuhvataju ćelijsku membranu i povezane su s tri unutarćelijske i tri vanćelijske petlje. Receptori povezani sa G-proteinima imaju vanćelijski ili transmembranski domen vezanja za ligande. G-protein se veže za ćelijsku unutrašnju (unutarćelijsku) stranu receptora. Kako bi se međusobno upoređivale strukture različitih receptora povezanih sa G-proteinima, razvijen je Ballesteros-Weinsteinov sistem nomenklature.

Dugo vremena, struktura receptora povezanih sa G-proteinima mogla se predvidjeti samo na osnovu analogije sa poznatom strukturom bakterijrskog rodopsina. Trodimenzijsko utvrđivanje strukture receptora vezanog za G-protein kod kičmenjaka, rodopsina domaće stoke postignuto je 2000. Godine, analizom rendgenske strukture.^[8] S druge strane, kristalizacija i objašnjenje strukture ostalih receptora povezanih sa G-proteinima teža je, zbog njihovih fizičko-kemijskih svojstava i zbog male gustine receptora u membrani. Stoga je tek 2007. godine mogla biti utvrđena kristalna struktura ligandom aktiviranog receptora vezanog za G-protein (ljudski) β₂–adrenoceptor pomoću tehničkih trikova kao što je upotreba stabilizirajućih antitijela ili fuzija sa proteinima koji se lahko kristaliziraju.^[9][10]

• 
  Rodopsin
• 
  β₁–Adrenoceptor
• 
  β₂–Adrenoceptor
• 
  Histamin-H₁–receptor
• 
  M₂–acetilholinreceptor
• 
  M₃–acetilholinreceptor
• 
  A_2A–adenozinreceptor
• 
  S1P₁–receptor
• 
  CXCR1
• 
  CXCR4
• 
  PAR1
• 
  Neurotenzin-NTS₁–receptor

U međuvremenu je uspostavljena trodimenzijska struktura, uključujući strukturu transmembranskih domena, za brojne receptore povezane sa G-proteinima, kao što je fiziološki i terapeutski važna klasa A. Struktura je uglavnom određena uz pomoć rentgenske kristalne analize, pomoću fuzijskih proteina ili metoda termičke stabilizacije. Na taj način, između ostalog, rtazjašnjena jwe struktura β ₁–adrenoceptor. Struktura beta (1) -adrenergičnog receptora vezanog za G-protein. A _2A-adenozinski receptori. Na taj način, između ostalog, struktura β₁-adrenoceptori,^[11] A_2A–adenozinreceptora,^[12] D₃–dopaminreceptora,^[13] d opioidrceptora κ,^[14] μ,^[15] δ,^[16] nociceptin,^[17] S1P₁–receptora,^[18] muskarinskog acetilholinskog receptor M₂^[19] und M₃,^[20] Histaminski-H₁-receptori,^[21] serotoninski receptori 5-HT_1B i 5-HT_2B,^[22] hemokinski receptori CCR5

Shematski prikaz strukture i numeriranja zavojnica GPCR (rodopsin)

Geometrija i vodikova veza

Aminokiseline u α-heliksu raspoređene su u strukturu desnoruke zavojnica, pri čemu svaki aminokiselinski ostatak odgovara zavoju od 100 ° u zavojnici (tj. zavojnica ima 3,6 ostataka po zavoju), a prevedena sekvenca ima 1,5 Å nm, duž zavojne osi. Dunitz ^[23] ga opisuje kako Paulingov prvi članak na tu temu zapravo prikazuje lijevoruku zavojnicu, enantiomer prave strukture. Kratki komadići ljevoruke zavojnice javljaju se ponekad s velikim sadržajem ahiralnih glicinskih aminokiselina, ali su nepovoljni za ostale normalne, biološke L– aminokiseline. Visina alfa-heliksa (vertikalna udaljenost između uzastopnih zavoja heliksa) je 5,4 Å, što je umnožak 1,5 x 3,6. Ono što je najvažnije je da NH grupa aminokiseline formira vodikovu vezu sa C = O grupom aminokiselinskih ostataka ranije rezidua. Ovo se ponavlja u i + 4 → i vodikova veza je najistaknutije obilježje α-heliksa. Službena međunarodna nomenklatura ^[24][25] specificira dva načina definiranja α-heliksa, pravilo 6.2 u smislu ponavljanja torzijskih uglova φ, ψ (vidi dolje) i pravilo 6.3 u pogledu kombiniranog uzorka visine nagiba i vodika. α-heliksi se mogu identificirati u strukturi proteina pomoću nekoliko računskih metoda, od kojih je jedna DSSP.^[26]

Kontrast ispoljenih krajnjih dijelova heliksa između α (četverouglovi) i 3₁₀ (trouglovi)

Slične strukture uključuju 3₁₀heliks (i   3 → i vodikova veza) i π-heliks ( i  +   5 → i vodikova veza). α-heliks može se opisati kao zavojnica od 3,6 ₁₃, jer razmak i  4 dodaje još tri atoma u H-vezanu petlju, u odnosu na čvršću 3₁₀heliks, a u jedan prsten α-heliksa prosječno su uključene 3,6 aminokiseline. Indeksi se odnose na broj atoma (uključujući i vodik) u zatvorenoj petlji, formiranoj vodikovom vezom.^[27]

Ramachandranov plot (φ, ψ plot), sa tačkama podataka za ostatke α-heliksa koji čine gusti dijagonalni skup ispod i lijevo od centra, oko globalnog minimuma energije za okosnicu konformacija.^[28]

Ostaci u α-heliksa obično usvajaju oblik okosnice (φ, ψ) diedarskog ugla ogo (−60°, −45°), kao što je prikazano na slici desnos. Općenitije govoreći, usvajaju dvostrane uglove, takve da je zbir ψ diedarskog ugla jednog ostatka i φ diedarskog ugla slijedećeg ostatka oko −105°. Kao posljedica toga, α-heliksni dvostruki uglovi, općenito, padaju na dijagonalnu prugu na Ramachandranovog dijagrama (nagiba –1), u rasponu od (x –90°,  –15°) do (–35°, –70°). Za usporedbu, zbroj dvostranih uglova za zavojnicu3₁₀ iznosi otprilike –75 °, dok je za heliks π, približno –130°. Opća formula za kut rotacije Ω po ostatku bilo koje polipeptidne zavojnice sa trans izomerima data je jednadžbom^[29][30]

3 cos Ω = 1 − 4 cos² φ + ψ/2

α-heliks je čvrsto zbijen; gotovo nema slobodnog prostora unutar zavojnice. Aminokiselinski bočni lanci nalaze se na vanjskoj strani zavojnice i usmjeravaju se otprilike "prema dolje" (tj. prema N-kraju), poput grana zimzelenog stabla (božićno drvce efekt). Ova usmjerenost se ponekad koristi u preliminarnim mapama elektronske gustine niske rezolucije za određivanje smjera proteinske okosnice/kičme.^[31]

Stabilnost

Heliksi u proteinima mogu biti u rasponu od četiri do preko četrdeset ostataka, ali tipska spirala sadrži oko deset aminokiselina (oko tri zavoja). Općenito, kratki polipeptidi ne pokazuju puno α-spiralne strukture u rastvoru, jer entropijski trošak povezan sa preklapanjem polipeptidnog lanca nije kompenziran dovoljnom količinom stabilizacijskih interakcija . Općenito se smatra da su okosnice vodikovih veza α-heliksa nešto slabije od onih koje se nalaze u β-listovima i da ih molekule vode lahko napadaju. Međutim, u više hidrofobnim okruženjima kao što je plazmatska membrana ili u prisustvu surastvarača kao što je trifluoroetanol (TFE) ili izoliranih od rastvarača u plinskoj fazi,^[32] oligopeptidi lahko usvajaju stabilnu α-heliksnu strukturu. Nadalje, umrežene veze mogu se ugraditi u peptid kako bi konformacijski stabilizirale spiralne nabore. Umrežene veze stabiliziraju spiralno stanje, entropijski destabilizirajući rasklopljeno stanje i uklanjanjem entalpijskih stabiliziranih nabora "mamaca", koji se natječu s rormom u potpuno spiralnom stanju.^[33] Pokazano je da su α-heliksni spojevi stabilniji, robusniji na mutacije i da se u prirodnim proteinima mogu oblikovati od β-lanaca,^[34] a također i u veštački dizajniranim proteinima.^[35]

α-heliks u konturama elektronske gustine ultravisoke rezolucije, s atomima kisika u crvenoj, atomima dušika u plavoj boji i vodikovim vezama (zelene isprekidane linije) (PDB datoteka 2NRL, 17-32). N-kraj je ovdje, na vrhu.

Eksperimentalno određivanje

Budući da je α-heliks definiran svojim vodikovim vezama i konformacijom okosnice, najdetaljniji eksperimentalni dokaz za α-spiralnu strukturu potiče od atomske rezolucije putem X- kristalografije kao što je primjer prikazan desno. Jasno je da svi kičmeni karbonilni kisici usmjeravaju prema dolje (prema C-kraju), ali se lagano razilaze, a H-veze su približno paralelne osi zavojnice. Proteinske strukture iz NMR spektroskopije također dobro pokazuju helikse, sa karakterističnim zapažanjima Overhauserovog uklearnoga efekt (NOE) sprega između atoma na susjednim spiralnim zavojima. U nekim slučajevima, pojedinačne vodikove veze mogu se posmatrati direktno kao mala skalarna sprega u NMR.

Postoji nekoliko metoda niže rezolucije za dodjeljivanje opće spiralne strukture. Hemijski pomaci NMR-a (posebno C^α, C^β i C') i rezidualna dipolarna sprega s su često karakteristične za spirale. Krajnje-UV (170–250 nm) kružni dihroizam heliksnog spektra je također idiosinkratski, pokazujući izraženi dvostruki minimum oko 208 i 222 nm. Infracrvena spektroskopija se rijetko koristi, jer α-heliksni spektar liči na spektroskopijske slučajne zavojnice (iako bi se one mogle razaznati, naprimjer, razmjenon vodik-deuterij). Konačno, krioelektronska mikroskopija je sada sposobna razaznati pojedinačne α-helikse unutar proteina, iako je njihovo dodjeljivanje ostacima još uvijek aktivno područje istraživanja.

Dugi homopolimeri aminokiselina često tvore helikse ako su topljivi. Tako duge, izolirane zavojnice mogu se otkriti i drugim metodima, kao što su dielektrična relaksacija, dvostruko lomljenje protoka i mjerenja konstantas|difuzijske konstante. Strožije rečeno, ovi metodi otkrivaju samo karakteristični prolat (duga cigara) hidrodinamični oblik zavojnice ili njen veliki dipolni moment.

Aminokiselinske sklonosti

Različite sekvence aminokiselina imaju različite sklonosti za formiranje α-heliksne strukture. Metionin, alanin, leucin, glutamat i lizin nenapunjeni ("MALEK" u aminokiselinskim 1-slovnim kodovima) svi imaju posebno visoke sklonosti formiranju heliksa, dok su prolin i glicin manje skloni stvaranju heliksa.^[36]Prolin ili prekida ili otežava formiranje heliksa, kako zbog toga što ne može donirati amidnu vodikovu vezu (bez amidnog vodika), tako i zbog toga što njegov bočni lanac sterno ometa okosnicu prethodnog zavoja, unutar heliksa, što forsira zavoj od oko 30° u heliksnoj osi.^[27] Međutim, prolin se često doživljava kao prvi ostatak heliksa, pretpostavlja se zbog njegove strukturne krutosti. S druge krajnosti, glicin također ima tendenciju da poremeti helikse, jer njegova velika konformaciona fleksibilnost čini entropijski skupim usvajanje relativno ograničene α-spiralne strukture.

Standardne aminokiselinske sklonosti α -heliksa

Procijenjene razlike u slobodna energija, Δ (ΔG ), procijenjena u kcal / mol po ostatku u α-heliksnoj konfiguraciji, u odnosu na proizvoljno postavljeni alanin na nulu. Veći brojevi (pozitivnije slobodne energije) su manje favorizirani. Moguća su značajna odstupanja od ovih prosječnih brojeva, ovisno o identitetu susjednih ostataka.

Razlike u slobodnoj energiji, po ostatku^[37]

Aminokiselina	3. slovo	1. slovo	Heliksni trošak
			kcal/mol	kJ/mol
Alanin	Ala	A	0.00	0.00
Arginin	Arg	R	0.21	0.88
Asparagin	Asn	N	0.65	2.72
Asparaginska kiselina	Asp	D	0.69	2.89
Cistein	Cys	C	0.68	2.85
Glutaminska kiselina	Glu	E	0.40	1.67
Glutamin	Gln	Q	0.39	1.63
Glicin	Gly	G	1.00	4.18
Histidin	His	H	0.61	2.55
Izoleucin	Ile	I	0.41	1.72
Leucin	Leu	L	0.21	0.88
Lizin	Lys	K	0.26	1.09
Metionin	Met	M	0.24	1.00
Fenilalanin	Phe	F	0.54	2.26
Prolin	Pro	P	3.16	13.22
Serin	Ser	S	0.50	2.09
Treonin	Thr	T	0.66	2.76
Triptofan	Trp	W	0.49	2.05
Tirozin	Tyr	Y	0.53	2.22
Valin	Val	V	0.61	2.55

Dipolni moment

Sveukupni dipolni moment α-heliksa, zbog agregiranog učinka pojedinačnih mikrodipolova iz karbonil grupa peptidne veze usmjeren je duž osi zavojnice.^[38] Efekti ovog makrodipola otvaraju neke kontroverze. α-heliksi se često javljaju na N-krajevims, vezani negativno nabijenom skupinom, ponekad sa aminokiselinskim bočnim lancem kao što je glutamatni ili aspartatni ili ponekad s fosfatnim ionom. Neki smatraju da je spiralni makrodipol elektrostatski u interakciji s takvim grupama. Drugi smatraju da je to obmanjujuće i realnije je reći da potencijal vodikove veze slobodnih NH grupa na N-kraju α-heliksa može biti zadovoljen vodikovom vezom; ovo se također može smatrati skupom interakcijom između lokalnih mikrodipola, kao što su C=O···H−N.^[39][40]

Namotane zavojnice

Zavojnice α-heliksa su visoko stabilni oblici, u kojima se dvije ili više zavojnica umotavaju jedna oko druge u strukturu "superzavojnice". Namotane zavojnice sadrže visoko karakteristični motiv sekvence poznat kao 'heptadno ponavljanje , u kojem se motiv ponavlja svakih sedam ostataka duž sekvence (aminokiselinskih ostaka, a ne parovi baza DNK). Prvi, a posebno četvrti ostaci (poznati kao položaji a i d) su gotovo uvijek hidrofobni; četvrti ostatak je (tipski) leucin  – iz čega nastaje naziv strukturni motiv koji se naziva leucinski zatvarač , što je vrsta heliksa . Ovi hidrofobni ostaci pakuju se u unutrašnjosti snopa zavojnica. Općenito, peti i sedmi ostatak (položaji e i g) imaju suprotstavljene naboje i čine mostić soli stabiliziran elektrostatskim interakcijama. Vlaknasti proteini kao što je keratin ili "peteljkasti" miozin ili kinezin često usvajaju namotane zavojnice, kao i nekoliko dimeralizacija . Par zavojnica  – i četiri, tj. – snop zavojnica  – vrlo je čest strukturni motiv u proteinima. Naprimjer, kod čovjeka javlja se u hormonu rasta i nekoliko tipova citohroma. Rop protein, koji promovira replikaciju plazmida u bakterijama, zanimljiv je slučaj u kojem jedan polipeptid formira heliks, a dva monomera okupljaju se da formiraju četveroheliksni snop.

Raspored lica

Aminokiseline koje čine određeni heliks mogu se ucrtati na spiralni točak, prikaz koji ilustrira orijentaciju sastavnih aminokiselina (takav dijagram potražite u članku za leucinski zatvarač. Često u loptastim proteinima, kao i u specijaliziranim strukturama, kao što su heliksi i leucinski zatvarač, α-heliks će pokazivati dva "lica"  – od kojih jedno sadrži pretežno hidrofobne aminokiseline orijentirane prema unutrašnjosti proteina, u hidrofobnom jezgru i one koje sadrže pretežno polarne aminokiseline, koje su orijentirane prema rastvaraču – izloženoj površini proteina.

Promjene u orijentaciji vezanja javljaju se i kod facijski organiziranih oligopeptida. Ovaj obrazac je posebno čest kod antimikrobnih peptida, a napravljeni su mnogi modeli koji opisuju kako to utiče na njihovu funkciju. Zajedničko mnogim od njih je da hidrofobno lice antimikrobnog peptida stvara pore u plazemskoj membrani, nakon povezivanja sa masnim lancima u jezgru membrane.^[41][42]

Sklopovi većih razmjera

Molekula hemoglobina ima četiri podjedinice koje vežu hem, a svaka je uglavnom napravljena od α-heliksa.

Mioglobin i hemoglobin, prva dva proteina čije su strukture utvrđene rendgenskim kristalografskim snimkom imaju vrlo slične nabore koji čine oko 70% α-heliksa, a ostatak nije ponavljajuće područje ili "petlje" koje povezuju zavojnice. U klasifikaciji proteina prema njihovom dominantnom naboru, Structural Classification of Proteins baza podataka održava veliku kategoriju posebno za sve α-proteine.

Hemoglobin tada ima još veće razmjere kvaternarne strukture, u kojoj se funkcijska molekula koja veže kisik sastoji od četiri podjedinice.

Funkcija

Leucinski rajferšlusi namotanih-uvijenih heliksa & DNK-vezujući heliksi: transcripcijski faktor Max (PDB fajl 1HLO)

Goveđi rodopsin (PDB fajl 1GZM), sa snopom od sedam spirala koje prelaze membranu (površine membrane označene vodoravnim linijama)

Vezanje DNK

α-Heliksi imaju posebno značenje u motivima vezanja DNK, uključujući motive heliks zavojnice, leucinski zatvarač i motive cinkovog prsta . To je zbog pogodne strukture u kojoj je prečnik α-heliksa oko 12 Å , uključujući prosječni skup bočnih lanaca, približno jednak širini glavnog žlijeba u B-obliku DNK, a također i zbog toga što dimeri heliksne sirale (ili leucinski zatvarač) mogu lahko postaviti par interakcijskih površina, kako bi kontaktirali tip simetričnog ponavljanja, uobičajenog u dvostrukoj spiralnoj DNK.^[43] Primjer oba aspekta je faktor transkripcije Max (vidi sliku s lijeve strane), koji ima spiralnu spiralnu zavojnicu za dimenzioniranje, postavljajući drugi par spirala za interakciju u dva uzastopna zavoja glavnog utora DNK.

Raspon membrane

α-Heliksi su također najčešći element proteinske strukture koji prelazi kroz biološke membrane (transmembranski protein),^[44] pretpostavlja se jer spiralna struktura može zadovoljiti sve okosnične vodikove veze, ne ostavljajući polarne grupe izložene membrani, ako su bočni lanci hidrofobni. Proteini su ponekad usidreni u jednoj zavojnici koja se proteže kroz membranu, ponekad u paru, a ponekad u snopu zavojnica, koji se klasično sastoji od sedam zavojnica raspoređenih gore-dolje u prstenu kao što je rodopsin s (vidi slika desno) ili za G-protein spregnuti receptor (GPCR).

Mehanička svojstva

α-Heliksi pod aksijalnom zateznom deformacijom, karakterističnim stanjem opterećenja koje se pojavljuje u mnogim nitima i tkivima bogatim alfa-heliksom, rezultira svojstvenim trofaznim ponašanjem modula tanke ugaone tangente.^[45] Faza I odgovara režimu male deformacije tokom kojeg se heliks homogeno rasteže, nakon čega slijedi faza II, u kojoj se alfa-spiralni zavoji prekidaju, posredstvom pucanja skupina H-veza. Faza III tipski je povezana sa rastezanjem velike deformacije kovalentne veze.

Dinamička svojstva

Alfa-heliksi u proteinima mogu imati niskofrekventno kretanje nalik harmonici, kako je uočeno u Ramanovoj spektroskopiji^[46] i analizom putem kvazikontinuiranog modela.^[47][48] Heliksi koji nisu stabilizirani tercijarnim interakcijama pokazuju dinamično ponašanje, što se uglavnom može pripisati habanju zavojnica s krajeva.^[49]

Tranzicija heliks – namotaj

Homopolimeri aminokiselina (kao što je polilizin) mogu imati α-heliksnu strukturu na niskoj temperaturi koja se „topi“ na visokim temperaturama. Nekada se smatralo da je ovaj prijelaz spiralne zavojnice analogan proteinu denaturacije. Statistička mehanika ovog prijelaza može se modelirati elegantnim metodom zvanim tranzicijska matrica, koju karakteriziraju dva parametra: sklonost pokretanju i sklonost proširenju heliksa.

U umjetnosti

Julian Voss-Andreaeov Alfa heliks Linusu Paulingu (2004), čelik presvučen prahom, visina Šablon:Convert/ft. Skulptura stoji ispred Paulingove kuće iz djetinjstva na 3945 SE Hawthorne Boulevard u Portlandu, Oregon, SAD.

Najmanje pet umjetnika u svom radu izričito se poziva na α-heliks: Julie Newdoll u slikarstvu i Julian Voss-Andreae, Bathsheba Grossman, Byron Rubin i Mike Tyka u skulpturi.

Umjetnica iz San Francisca Julie Newdoll,^[50] koja je diplomirala mikrobiologiju, iz oblasti „malih“ umjetnosti, specijalizirala se za slike inspirisane mikroskopskim snimcima i molekulama od 1990. Na njenoj slici "Uspon alfa-heliksa" (2003) nalaze se ljudske figure poredane u spiralnom aranžmanu. Prema umjetniku, "cvijeće odražava različite tipove bočnih lanaca koje svaka aminokiselina drži u svijetu".^[50]

Julian Voss-Andreae je kipar njemačkog porijekla sa diplomom eksperimentalne fizike i skulpture. Od 2001. Voss-Andreae stvara "proteinske skulpture"^[51] zasnovane na strukturi proteina, a α-heliks je jedan od njegovih omiljenih objekata. Voss-Andreae je napravio skulpture od α-heliksa od različitih materijala, uključujući bambus i cijela stabla. Spomenik Voss-Andreae stvoren 2004. godine za proslavu sjećanja na Pulinga, otkrivača α-heliksa, izrađen je od velike čelične grede preuređene u strukturu α-heliksa, jarkocrvena skulptura stoji ispred Paulingove kuće iz djetinjstva u Portlandu, Oregon.

Trakasti dijagrami α-heliksa istaknuti su element u laserski ugraviranim kristalnim skulpturama proteinskih struktura koje je stvorio umjetnik Bathsheba Grossman, kao što su insulin, hemoglobin, i DNK-polimeraza.^[52] Byron Rubin je bivši kristalograf proteina, a danas je profesionalni vajar metalnih figura proteina, nukleinskih kiselina i molekula lijekova  – , od kojih mnogi sadrže α-helikse, kao što je subtilizin, ljudski hormon rasta i fosfolipaza A2.^[53]

Mike Tyka je računarski biohemičar na Univerzitetu u Washingtonu, koji radi sa Davidom Bakerom. Tyka izrađuje skulpture molekula proteina od 2010., od bakra i čelika, uključujući ubikvitin i tetramer kalijevog kanala.^[54]

Ingebov heliks 1988.

Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju u Sarajevu, od 2018. godine dodjeljuje stilizirani alfa heliks, kao najveću povremenu nagradu za doprinos razvoju i afirmaciji ove ustanove.

"Ingebov heliks 1988. je stilizirani metalni model strukture DNK na drvenom kvadarskom postolju, na koje se stavlja prigodna pločica sa logom Instituta i odgovarajućim podacima o zaslugama za priznanje i o njegovom dobitniku"^[55]

Također pogledajte

• Beta-list
• Presavijanje (hemija)
• Pi-heliks

Reference

1. Kendrew JC, Dickerson RE, Strandberg BE, Hart RG, Davies DR, Phillips DC, Shore VC (februar 1960). "Structure of myoglobin: A three-dimensional Fourier synthesis at 2 Å resolution". Nature. 185 (4711): 422–7. Bibcode:1960Natur.185..422K. doi:10.1038/185422a0. PMID 18990802.
2. Neurath H (1940). "Intramolecular folding of polypeptide chains in relation to protein structure". Journal of Physical Chemistry. 44 (3): 296–305. doi:10.1021/j150399a003.
3. Taylor HS (1942). "Large molecules through atomic spectacles". Proceedings of the American Philosophical Society. 85 (1): 1–12. JSTOR 985121.
4. Huggins M (1943). "The structure of fibrous proteins". Chemical Reviews. 32 (2): 195–218. doi:10.1021/cr60102a002.
5. Bragg WL, Kendrew JC, Perutz MF (1950). "Polypeptide chain configurations in crystalline proteins". Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences. 203 (1074): 321–?. Bibcode:1950RSPSA.203..321B. doi:10.1098/rspa.1950.0142.
6. Pauling L, Corey RB, Branson HR (april 1951). "The structure of proteins; two hydrogen-bonded helical configurations of the polypeptide chain". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 37 (4): 205–11. Bibcode:1951PNAS...37..205P. doi:10.1073/pnas.37.4.205. PMC 1063337. PMID 14816373.
7. "The Nobel Prize in Chemistry 1954".
8. K. Palczewski, T. Kumasaka, T. Hori, C. A. Behnke, H. Motoshima, B. A. Fox, I. Le Trong, D. C. Teller, T. Okada, R. E. Stenkamp, M. Yamamoto, M. Miyano: Crystal structure of rhodopsin: A G protein-coupled receptor. In: Science. Band 289, Nummer 5480, August 2000, S. 739–745, PMID 10926528.
9. S. G. Rasmussen + (2007). "Crystal structure of the human β₂ adrenergic G-protein-coupled receptor". Nature. 450 (7168): 383–387. PMID 17952055.
10. V. Cherezov + (2007). "High-resolution crystal structure of an engineered human beta2-adrenergic G protein-coupled receptor". Science. 318 (5854): 1258–1265. PMID 17962520.
11. T. Warne +: Structure of a beta(1)-adrenergic G-protein-coupled receptor. Nature. 2008 Jun 25. Epub ahead of print, PMID 18594507
12. V Jaakola et al.: The 2.6Å Crystal Structure of a Human A_2A Adenosine Receptor Bound to an Antagonist. In: Science, Epub 2008 Oct 2, PMID 18832607
13. PDB: 3PBL Structure Summary
14. H. Wu + (2012). "Structure of the human κ-opioid receptor in complex with JDTic". Nature. 485 (7398): 327–332. doi:10.1038/nature10939. PMID 22437504.
15. A Manglik et al. (2012) PMID 22437502
16. S. Granier et + (2012) PMID 22596164
17. A. A. Thompson, W. Liu, E. Chun, V. Katritch, H. Wu, E. Vardy, X. P. Huang, C. Trapella, R. Guerrini, G. Calo, B. L. Roth, V. Cherezov, R. C. Stevens: Structure of the nociceptin/orphanin FQ receptor in complex with a peptide mimetic. In: Nature. Band 485, Nummer 7398, Mai 2012, S. 395–399, doi:10.1038/nature11085, PMID 22596163.
18. M. A. Hanson + (2012). "Crystal structure of a lipid G protein-coupled receptor". Science. 335 (6070): 851–855. doi:10.1126/science.1215904. PMID 22344443.
19. K. Haga + (2012). "Structure of the human M2 muscarinic acetylcholine receptor bound to an antagonist". Nature. 482 (7386): 547–551. doi:10.1038/nature10753. PMID 22278061.
20. A. C. Kruse, J. Hu, A. C. Pan, D. H. Arlow, D. M. Rosenbaum, E. Rosemond, H. F. Green, T. Liu, P. S. Chae, R. O. Dror, D. E. Shaw, W. I. Weis, J. Wess, B. K. Kobilka: Structure and dynamics of the M3 muscarinic acetylcholine receptor. In: Nature. Band 482, Nummer 7386, Februar 2012, S. 552–556, doi:10.1038/nature10867, PMID 22358844.
21. T. Shimamura + (2012). "Structure of the human histamine H1 receptor in complex with doxepin". Nature. 475 (7354): 65–70. doi:10.1038/nature10236. PMID 21697825.
22. C. Wang, Y. Jiang, J. Ma + (2013). "Structural Basis for Molecular Recognition at Serotonin Receptors". Science. doi:10.1126/science.1232807. PMID 23519210.
23. Dunitz J (2001). "Pauling's Left-Handed α-Helix". Angewandte Chemie International Edition. 40 (22): 4167–4173. doi:10.1002/1521-3773(20011119)40:22<4167::AID-ANIE4167>3.0.CO;2-Q. PMID 29712120.
24. IUPAC-IUB Commission on Biochemical Nomenclature (1970). "Abbreviations and symbols for the description of the conformation of polypeptide chains". Journal of Biological Chemistry. 245: 6489–6497.
25. "Polypeptide Conformations 1 and 2". www.sbcs.qmul.ac.uk. Pristupljeno 5. 11. 2018.
26. Kabsch W, Sander C (decembar 1983). "Dictionary of protein secondary structure: pattern recognition of hydrogen-bonded and geometrical features". Biopolymers. 22 (12): 2577–637. doi:10.1002/bip.360221211. PMID 6667333.
27. Richardson JS (1981). "The anatomy and taxonomy of protein structure". Advances in Protein Chemistry. 34: 167–339. doi:10.1016/S0065-3233(08)60520-3. ISBN 9780120342341. PMID 7020376.
28. Lovell SC, Davis IW, Arendall WB, de Bakker PI, Word JM, Prisant MG, Richardson JS, Richardson DC (februar 2003). "Structure validation by Calpha geometry: phi,psi and Cbeta deviation". Proteins. 50 (3): 437–50. doi:10.1002/prot.10286. PMID 12557186.
29. Dickerson RE, Geis I (1969), Structure and Action of Proteins, Harper, New York
30. Zorko, Matjaž (2010). "Structural Organization of Proteins". u Langel, Ülo; Cravatt, Benjamin F.; Gräslund, Astrid; von Heijne, Gunnar; Land, Tiit; Niessen, Sherry; Zorko, Matjaž (ured.). Introduction to Peptides and Proteins. Boca Raton: CRC Press. str. 36–57. ISBN 9781439882047.
31. Terwilliger TC (mart 2010). "Rapid model building of alpha-helices in electron-density maps". Acta Crystallographica Section D. 66 (Pt 3): 268–75. doi:10.1107/S0907444910000314. PMC 2827347. PMID 20179338.
32. Hudgins RR, Jarrold MF (1999). "Helix Formation in Unsolvated Alanine-Based Peptides: Helical Monomers and Helical Dimers". Journal of the American Chemical Society. 121 (14): 3494–3501. doi:10.1021/ja983996a.
33. Kutchukian PS, Yang JS, Verdine GL, Shakhnovich EI (april 2009). "All-atom model for stabilization of alpha-helical structure in peptides by hydrocarbon staples". Journal of the American Chemical Society. 131 (13): 4622–7. doi:10.1021/ja805037p. PMC 2735086. PMID 19334772.
34. Abrusan G, Marsh JA (2016). "Alpha helices are more robust to mutations than beta strands". PLOS Computational Biology. 12 (12): e1005242. Bibcode:2016PLSCB..12E5242A. doi:10.1371/journal.pcbi.1005242. PMC 5147804. PMID 27935949.
35. Rocklin GJ, et al. (2017). "Global analysis of protein folding using massively parallel design, synthesis, and testing". Science. 357 (6347): 168–175. Bibcode:2017Sci...357..168R. doi:10.1126/science.aan0693. PMC 5568797. PMID 28706065.
36. Pace CN, Scholtz JM (juli 1998). "A helix propensity scale based on experimental studies of peptides and proteins". Biophysical Journal. 75 (1): 422–7. Bibcode:1998BpJ....75..422N. doi:10.1016/S0006-3495(98)77529-0. PMC 1299714. PMID 9649402.
37. Pace, C. Nick; Scholtz, J. Martin (1998). "A Helix Propensity Scale Based on Experimental Studies of Peptides and Proteins". Biophysical Journal. 75. str. 422–427. Bibcode:1998BpJ....75..422N. doi:10.1016/s0006-3495(98)77529-0.
38. Hol WG, van Duijnen PT, Berendsen HJ (1978). "The alpha helix dipole and the properties of proteins". Nature. 273 (5662): 443–446. Bibcode:1978Natur.273..443H. doi:10.1038/273443a0. PMID 661956.
39. He JJ, Quiocho FA (oktobar 1993). "Dominant role of local dipoles in stabilizing uncompensated charges on a sulfate sequestered in a periplasmic active transport protein". Protein Science. 2 (10): 1643–7. doi:10.1002/pro.5560021010. PMC 2142251. PMID 8251939.
40. Milner-White EJ (novembar 1997). "The partial charge of the nitrogen atom in peptide bonds". Protein Science. 6 (11): 2477–82. doi:10.1002/pro.5560061125. PMC 2143592. PMID 9385654.
41. Kohn, Eric M.; Shirley, David J.; Arotsky, Lubov; Picciano, Angela M.; Ridgway, Zachary; Urban, Michael W.; Carone, Benjamin R.; Caputo, Gregory A. (4. 2. 2018). "Role of Cationic Side Chains in the Antimicrobial Activity of C18G". Molecules (jezik: engleski). 23 (2): 329. doi:10.3390/molecules23020329. PMC 6017431. PMID 29401708.
42. Toke, Orsolya (2005). "Antimicrobial peptides: new candidates in the fight against bacterial infections". Biopolymers. 80 (6): 717–735. doi:10.1002/bip.20286. ISSN 0006-3525. PMID 15880793.
43. Branden & Tooze, poglavlje 10
44. Branden & Tooze, chapter 12.
45. Ackbarow T, Chen X, Keten S, Buehler MJ (oktobar 2007). "Hierarchies, multiple energy barriers, and robustness govern the fracture mechanics of alpha-helical and beta-sheet protein domains". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (42): 16410–5. Bibcode:2007PNAS..10416410A. doi:10.1073/pnas.0705759104. PMC 2034213. PMID 17925444.
46. Painter PC, Mosher LE, Rhoads C (juli 1982). "Low-frequency modes in the Raman spectra of proteins". Biopolymers. 21 (7): 1469–72. doi:10.1002/bip.360210715. PMID 7115900.
47. Chou KC (decembar 1983). "Identification of low-frequency modes in protein molecules". The Biochemical Journal. 215 (3): 465–9. doi:10.1042/bj2150465. PMC 1152424. PMID 6362659.
48. Chou KC (maj 1984). "Biological functions of low-frequency vibrations (phonons). III. Helical structures and microenvironment". Biophysical Journal. 45 (5): 881–9. Bibcode:1984BpJ....45..881C. doi:10.1016/S0006-3495(84)84234-4. PMC 1434967. PMID 6428481.
49. Fierz B, Reiner A, Kiefhaber T (januar 2009). "Local conformational dynamics in alpha-helices measured by fast triplet transfer". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (4): 1057–62. Bibcode:2009PNAS..106.1057F. doi:10.1073/pnas.0808581106. PMC 2633579. PMID 19131517.
50. "Julie Newdoll Scientifically Inspired Art, Music, Board Games". www.brushwithscience.com. Pristupljeno 6. 4. 2016.
51. Voss-Andreae J (2005). "Protein Sculptures: Life's Building Blocks Inspire Art". Leonardo. 38: 41–45. doi:10.1162/leon.2005.38.1.41.
52. Grossman, Bathsheba. "About the Artist". Bathsheba Sculpture. Pristupljeno 6. 4. 2016.
53. "About". molecularsculpture.com. Pristupljeno 6. 4. 2016.
54. Tyka, Mike. "About". www.miketyka.com. Pristupljeno 6. 4. 2016.
55. Pravilnik o priznanjima i nagradama instituta za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju, Sarajevo, 2018.

Dopunska literatura

• Tooze, John; Brändén, Carl-Ivar (1999). Introduction to protein structure. New York: Garland Pub. ISBN 0-8153-2304-2..
• Eisenberg D (septembar 2003). "The discovery of the alpha-helix and beta-sheet, the principal structural features of proteins". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (20): 11207–10. Bibcode:2003PNAS..10011207E. doi:10.1073/pnas.2034522100. PMC 208735. PMID 12966187.
• Astbury, WT; Woods, HJ (1931). "The Molecular Weights of Proteins". Nature. 127 (3209): 663–665. Bibcode:1931Natur.127..663A. doi:10.1038/127663b0.
• Astbury, WT; Street, A (1931). "X-ray studies of the structures of hair, wool and related fibres. I. General". Trans. R. Soc. Lond. A230: 75–101. Bibcode:1932RSPTA.230...75A. doi:10.1098/rsta.1932.0003.
• Astbury, WT (1933). "Some Problems in the X-ray Analysis of the Structure of Animal Hairs and Other Protein Fibers". Trans. Faraday Soc. 29 (140): 193–211. doi:10.1039/tf9332900193.
• Astbury, WT; Woods, HJ (1934). "X-ray studies of the structures of hair, wool and related fibres. II. The molecular structure and elastic properties of hair keratin". Philosophical Transactions of the Royal Society of London Series A. 232 (707–720): 333–394. Bibcode:1934RSPTA.232..333A. doi:10.1098/rsta.1934.0010.
• Astbury, WT; Sisson, WA (1935). "X-ray studies of the structures of hair, wool and related fibres. III. The configuration of the keratin molecule and its orientation in the biological cell". Proceedings of the Royal Society. A150 (871): 533–551. Bibcode:1935RSPSA.150..533A. doi:10.1098/rspa.1935.0121.
• Sugeta, H; Miyazawa, T (1967). "General Method for Calculating Helical Parameters of Polymer Chains from Bond Lengths, Bond Angles, and Internal-Rotation Angles". Biopolymers. 5 (7): 673–679. doi:10.1002/bip.1967.360050708.
• Wada A (1976). "The alpha-helix as an electric macro-dipole". Advances in Biophysics: 1–63. PMID 797240.
• Chothia C, Levitt M, Richardson D (oktobar 1977). "Structure of proteins: packing of alpha-helices and pleated sheets". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 74 (10): 4130–4. Bibcode:1977PNAS...74.4130C. doi:10.1073/pnas.74.10.4130. PMC 431889. PMID 270659.
• Chothia C, Levitt M, Richardson D (januar 1981). "Helix to helix packing in proteins". Journal of Molecular Biology. 145 (1): 215–50. doi:10.1016/0022-2836(81)90341-7. PMID 7265198.
• Hol WG (1985). "The role of the alpha-helix dipole in protein function and structure". Progress in Biophysics and Molecular Biology. 45 (3): 149–95. doi:10.1016/0079-6107(85)90001-X. PMID 3892583.
• Barlow DJ, Thornton JM (juni 1988). "Helix geometry in proteins". Journal of Molecular Biology. 201 (3): 601–19. doi:10.1016/0022-2836(88)90641-9. PMID 3418712.
• Murzin AG, Finkelstein AV (decembar 1988). "General architecture of the alpha-helical globule". Journal of Molecular Biology. 204 (3): 749–69. doi:10.1016/0022-2836(88)90366-X. PMID 3225849.

Vanjski linkovi

• NetSurfP ver. 1.1 – Protein Surface Accessibility and Secondary Structure Predictions
• α-helix rotational angle calculator Arhivirano 3. 8. 2021. na Wayback Machine
• Artist Julie Newdoll's website
• Artist Julian Voss-Andreae's website