アルファヘリックス構造と機能的重要性



の アルファヘリックス アミノ酸残基間の結合の剛性と回転の自由度に応じて、タンパク質が空間で採用できる最も単純な二次構造.

それはアミノ酸が配置されているらせん形状を特徴としており、これは想像上の縦軸の周りに配置されているように見え、その外側にR基がある。.

アルファらせんは、1951年にポーリングと同僚によって最初に記載されました。彼らは、鎖がとることができる最も可能性のある立体配置を予測するために、原子間距離、リンク角度、およびペプチドおよびアミノ酸の他の構造パラメーターに関する入手可能なデータを使用しました。ポリペプチド.

アルファヘリックスの説明は、水素結合によって安定化されたペプチド鎖中の全ての可能な構造の探索から生じたものであり、ここで残基は化学量論的に等価であり、それぞれの立体配置は平面であった。日付に利用可能であったペプチド結合の共鳴.

この二次構造はタンパク質間で最も一般的であり、そしてそれは可溶性タンパク質および内在性膜タンパク質の両方によって採用される。タンパク質の60％以上がアルファヘリックスまたはベータシートの形で存在すると考えられています.

索引

  • 1つの構造
  • 2機能的重要性
    • 2.1ミオシン
    • 2.2コラーゲン
    • 2.3ケラチン
    • 2.4ヘモグロビン
    • 2.5タンパク質タイプ「亜鉛フィンガー」
  • 3参考文献

構造

一般に、アルファヘリックスの各ターンは平均3.6個のアミノ酸残基を有し、これは長さ5.4Åにほぼ等しい。しかしながら、角度および回転長は一次構造のアミノ酸配列に厳密に依存してタンパク質ごとに異なる。.

大部分のアルファヘリックスは右巻きであるが、現在のところアルファヘリックスを有するタンパク質は左巻きで存在し得ることが知られている。どちらか一方が発生する条件は、すべてのアミノ酸が同じ配置（LまたはD）にあるということです。.

タンパク質の世界に対するこれらの重要な構造的理由の安定化は水素結合によって与えられる。これらの結合は、ペプチド結合の電気陰性窒素に結合した水素原子と４位後のアミノ酸の電気陰性カルボン酸酸素原子との間で、それ自体に関してＮ末端領域において生じる。.

らせんの各ターンは、順番に、分子の全体的な安定性を達成するための基本である水素結合によって次のものにリンクされています.

すべてのペプチドが安定なアルファヘリックスを形成できるわけではありません。これは、鎖中の各アミノ酸がヘリックスを形成する固有の能力によって与えられ、それはその置換基R基の化学的および物理的性質に直接関係している。.

例えば、あるｐＨでは、多くの極性残基が同じ電荷を獲得することができ、それらの間の反発力はそれに大きな歪みを意味するので、それらはらせん状に連続して位置することはできない。.

アミノ酸の大きさ、形状および位置もまたらせん安定性の重要な決定因子である。さらに進むことなく、Ａｓｎ、Ｓｅｒ、ＴｈｒおよびＣｙｓなどの配列内で近接して位置する残基もまた、αヘリックスの立体配置に悪影響を及ぼし得る。.

同様に、所与のペプチド中のアルファへリックスセグメントの疎水性および親水性は、もっぱらアミノ酸のR基の同一性に依存する。.

内在性膜タンパク質には、強いリン脂質特性の残基を有する豊富なアルファヘリックスがあり、構成リン脂質の無極性尾部間のセグメントの挿入および立体配置に厳密に必要である。.

反対に、可溶性タンパク質は極性残基に富むアルファヘリックスを有し、これは細胞質または間質腔に存在する水性媒体とのより良い相互作用を可能にする。.

機能上の重要性

アルファヘリックスモチーフは広範囲の生物学的機能を有する。ヘリックス間の特異的相互作用パターンは、膜タンパク質と可溶性タンパク質の両方の機能、集合およびオリゴマー化において重要な役割を果たす。.

これらのドメインは多くの転写因子に存在し、遺伝子発現の調節の観点から重要である。それらはまた、構造的関連性を有するタンパク質および種々の種類のシグナルの輸送および／または伝達の機能を有する膜タンパク質中にも存在する。.

これがアルファヘリックスを持つタンパク質の典型的な例です。

ミオシン

ミオシンはアクチンによって活性化されるATPアーゼであり、筋肉の収縮とさまざまな形の細胞運動性に関与しています。筋肉および非筋肉の両方のミオシンは、長いらせん状のアルファ「尾部」によって互いに連結された２つの領域または球状の「頭部」からなる。.

コラーゲン

人体の総タンパク質量の3分の1はコラーゲンによって表されます。それは、細胞外空間において最も豊富なタンパク質であり、そして特有の特徴として、一緒に結合して時計回りの方向を有する三重らせんを形成するらせん状左手配置を有する３本の平行鎖からなる構造モチーフを有する。.

ケラチン

ケラチンは、脊椎動物のいくつかの上皮細胞によって産生される一群のフィラメント形成タンパク質である。それらは、爪、髪の毛、爪、カメの殻、角、羽毛の主成分です。その原線維構造の一部は、アルファヘリックスセグメントによって形成されている。.

ヘモグロビン

血中の酸素はヘモグロビンによって輸送されます。この四量体タンパク質のグロビン部分は、それぞれ１４１残基の２つの同一のアルファヘリックス、およびそれぞれ１４６残基の２つのベータ鎖からなる。.

「ジンクフィンガー」型タンパク質

真核生物は、DNA認識、RNAパッケージング、転写活性化、アポトーシスの調節、タンパク質の折り畳みなど、さまざまな目的に役立つ豊富な亜鉛フィンガータンパク質を持っています。多くのジンクフィンガータンパク質は、それらの構造の主成分としてアルファヘリックスを有し、それらはそれらの機能にとって必須である。.

参考文献

  1. Aurora、R.、Srinivasan、R.、＆Rose、G. D.（1994）。グリシンによるα-αヘリックス終結の規則. 科学, 264（5162）、1126-1130.
  2. Blaber、M.、Zhang、X.＆Matthews、B.（1993）。アミノ酸アルファヘリックス傾向の構造的基礎. 科学, 260（1）、1637-1640.
  3. Brennan、R. G.、＆Matthews、B. W.（1989）。ヘリックス - ターン - ヘリックスDNA結合モチーフ. バイオケミストリージャーナル, 264（4）、1903-1906.
  4. Eisenberg、D.（2003）。主なものであるαヘリックスとβシートタンパク質の構造的特徴の発見. PNA, 100（２０）、１１２０７〜１１２１０。 Huggins、M.L。（1957）。アルファケラチンの構造. 化学, 43, 204-209.
  5. Klement、W.、Willens、R.、およびDuwez、P.（1960）。ミオグロビンの構造. 自然, 185, 422-427.
  6. Laity、J.H.、Lee、B.M.＆Wright、P.E.（2001）。亜鉛フィンガータンパク質：構造的および機能的多様性への新しい洞察. 構造生物学における最近の意見, 11（1）、39〜46.
  7. Lodish、H.、Berk、A.、Kaiser、C.A.、Krieger、M.、Bretscher、A.、Ploegh、H.、... Martin、K.（2003）. 分子細胞生物学 （第5版）。 Freeman、W. H.＆Company.
  8. ラッキー、M（2008）. 膜構造生物学：生化学的および生物物理学的基礎を用いて. ケンブリッジ大学出版局。 www.cambridge.org/9780521856553から取得
  9. McKay、M. J.、Afrose、F.、Koeppe、R. E.＆Greathouse、D. V.（2018）。膜におけるらせん形成と安定性. Biochimica et Biophysica Acta - バイオメンブレン, 1860年（10）、2108-2117.
  10. Nelson、D. L.、＆Cox、M. M.（2009）. レニンガー生化学の原理. オメガエディション （第5版）.
  11. Pauling、L.、Corey、R. B.、＆Branson、H. R.（1951）。蛋白質の構造：ポリペプチド鎖の二つの水素結合らせん配置. アメリカ合衆国国立科学アカデミー講演論文集, 37, 205-211.
  12. Ｆｅｒｕｔｚ、Ｍ．Ｆ。（１９７８）。ヘモグロビン構造と呼吸器輸送. サイエンティフィックアメリカン, 239（6）、92-125.
  13. Scholtz、J. M.、＆Baldwin、R. L.（1992）。ペプチドによるアルファヘリックス形成のメカニズム. 生物物理学と生体分子構造の年次レビュー, 21（1）、95〜118.
  14. Shoulders、M. D.、＆Raines、R. T.（2009）。コラーゲン構造と安定性. 生化学の年次レビュー, 78（1）、929〜958.
  15. Subramaniams、A.、Jones、W.K.、Gulick、J.、＆Neumannli、J.（1991）。トランスジェニックマウスにおけるアルファミオシン重鎖遺伝子プロモーターの組織特異的調節. バイオケミストリージャーナル, 266（36）、24613-24620.
  16. Wang、B.、Yang、W.、McKittrick、J.、＆Meyers、M.A.（2016）。ケラチン：構造、機械的性質、生物内での発生、およびバイオインスピレーションでの努力. 材料科学の進歩. エルゼビア株式会社.
  17. Ｍ．、およびＳｐｕｄｉｃｈ、Ｊ．ａ。 （1987）細胞運動におけるミオシン構造と機能. 細胞生物学の年次レビュー, 3, 379〜421.
  18. Zhang、S. Q.、Kulp、D. W.、Schramm、C. A.、Mravic、M.、Samish、I.、およびDegrado、W. F.（2015）。膜 - および可溶性 - 蛋白質ヘリックス - ヘリックスインタラクトーム：異なる相互作用による類似の幾何学. 構造, 23（3）、527〜541