Кіріспе

Белсенің екіншілік құрылымының түрі Полипролин спираль - қайталанатын пролин қалдықтарын қамтитын белоктарда кездесетін екіншілік құрылымның түрі. Сол жақ полипролин II спираль (PPII, poly Pro II, κ спираль) ретті қалдықтардың барлығы (φ,ψ) тірек диэдрлік бұрыштарын шамамен (75°, 150°) қабылдағанда және олардың пептидтік байланыстарының транс изомерлері болған кезде қалыптасады. Бұл PPII конформациясы пролиннен басқа басқа амин қышқылдары бар ақуыздар мен полипептидтерде де жиі кездеседі. Сол сияқты, бірізді қалдықтардың барлығы (φ,ψ) тірек диэдрлік бұрыштарын шамамен (75°, 160°) қабылдағанда және олардың пептидтік байланыстарының цис изомерлері болған кезде, компактті оң жақты полипролин I спираль (PPI, poly Pro I) пайда болады. Табиғи кездесетін жиырма жалпы амин қышқылдарының ішінде тек пролин пептидтік байланыстың цис изомерін, атап айтқанда X Pro пептидтік байланысын қабылдауы мүмкін; стерикалық және электрондық факторлар басқа пептидтік байланыстардың көпшілігінде транс изомерін қатты қолданады. Алайда пролинді басқа N алмастырылған амин қышқылымен (мысалы, саркозинмен) алмастыратын пептидтік байланыстар да цис изомерін қабылдауы мүмкін.

Полипролин II спираль

PPII спиральді (φ,ψ) тірек диэдрлік бұрыштары шамамен (75°, 150°) және пептидтік байланыстардың транс изомерлері анықтайды. Транс-изомерлері бар кез келген полипептидтік спиральдің қалдыққа айналу бұрышы Ω теңдеумен беріледі. Бұл теңдеуге полипро II (φ,ψ) диэдрлік бұрыштарын ауыстыру шамамен дәл Ω = 120° береді, яғни PPII спираль - сол жақ спираль (о Ω теріс болғандықтан) айналымда үш қалдықпен (360°/120° = 3). Қалдықтың өсуі шамамен 3,1 Å құрайды. Бұл құрылым негізінен пролин, гидроксипролин және глициннен тұратын талшықты протеин коллагенінің құрылысына ұқсас. PPII спиральдері SH3 домендерімен ерекше байланысады; бұл байланысу көптеген ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесулері үшін және тіпті бір ақуыздың домендері арасындағы өзара әрекеттесулер үшін маңызды. PPII спираль салыстырмалы түрде ашық және ішкі сутекті байланысы жоқ, бұдан да көп таралған спиральді екінші құрылымдар, альфа спираль және оның туыстары 310 спираль және пи спираль, сондай-ақ β спиральге қарама-қайшы. Амид азот пен оттегі атомдары бір-бірінен тым алыс (шамамен 3,8 Å) және сутекті байланыстыру үшін дұрыс емес бағытта орналасқан. Сонымен қатар, бұл атомдар пролиндегі H байланысын қабылдайтын элементтер болып табылады; циклдік жақтау тізбегінің арқасында H байланысы доноры жоқ. PPII тірек диэдрлік бұрыштары (75°, 150°) ақуыздарда, тіпті пролиннен басқа амин қышқылдары үшін де жиі байқалады. Рамачандран учаскесі PPII аймағында бета-қапшықты аймақпен салыстырғанда көп орналасқан (135°, 135°). Мысалы, PPII арқалық диэдрлік бұрыштар жиі кезекпен байқалады, көбінесе II типті β кезегінің бірінші қалдықтарында. PPII арқалық диэдрлік бұрыштарының "көрініс суреті" (75°, 150°) ахиралдық аминокислота глициннің полимерлерінде болғаннан басқа, сирек кездеседі. Полиглициндегі полипро II спиральдің аналогы полиглик II спираль деп аталады. Гипогаструра харвейдің антифриз ақуыздары сияқты кейбір ақуыздар глицинге бай полиглицин II спиральдерінің бундельдерінен тұрады. Бұл ерекше ақуыздың 3D құрылымы белгілі, оның бірегей NMR спектрлері бар және димеризация және 28 Cα H·O=C сутекті байланыстар арқылы тұрақтандырылады. PPII спиральді трансмембраналық белоктарда жиі кездеспейді және бұл екінші құрылым табиғи жағдайларда липидтік мембраналарды кесіп өтпейді. 2018 жылы Германиядан келген зерттеушілер тобы арнайы жасалған жасанды пептидтер арқылы құрылған алғашқы трансмембраналық PPII спиральді құрастырды және тәжірибелік бақылау жасады.

Полипролин I спираль

Полипро I спиральінің тығыздығы PPII спиральінен оның пептидтік байланыстарының цис изомерлеріне байланысты әлдеқайда тығыз. Оның типтік диэдрлік бұрыштары (75°, 160°) PPII спиральді бұрыштарға жақын, бірақ бірдей емес. Алайда, PPI спираль оң жақ спираль және тығыз ораулы, бір айналымда шамамен 3,3 қалдық бар (3-ге қарағанда). PPI спиральіндегі қалдықтар бойынша өсу де әлдеқайда аз, шамамен 1,9 Å. Тағы да, полипро I спиральінде ішкі сутек байланысы жоқ, өйткені H байланысы донор атомның болмауы және амид азот пен оттегі атомдарының тым алыстауы (қайтадан шамамен 3,8 Å) және дұрыс емес бағытталуы.

Құрылымдық қасиеттері

Дәстүрлі түрде PPII салыстырмалы түрде қатты болып саналады және құрылымдық биологияда "молекулалық билеуші" ретінде қолданылады, мысалы, FRET тиімділігін өлшеуді калибрлеу үшін. Алайда, кейінгі тәжірибелік және теориялық зерттеулер полипролин пептидінің "қатаң таяқ" ретінде осы суретіне күмән келтірді. Терахерц спектроскопиясы мен тығыздық функционалдық теориясының есептеулерін пайдалана отырып, жүргізілген қосымша зерттеулер полипролиннің бастапқыда ойланғаннан әлдеқайда аз қатаң екенін көрсетті. Полипролиннің PPII және PPI спиральдік формалары арасындағы өзара конверсиялар X Pro cis транс изомеризациясының жоғары активациялық энергиясына байланысты баяу (Ea ≈ 20 ккал / моль); дегенмен, бұл өзара конверсияны пролил изомеразалары немесе PPIазалар деп аталатын белгілі изомеразалар катализациялауы мүмкін. PPII және PPI спиральдері арасындағы өзара конверсия бүкіл пептидтік тізбекте цис транс пептидтік байланыстың изомеризациясын қамтиды. Иондық мобильділік спектрометриясына негізделген зерттеулер осы процесте аралық заттардың белгілі бір жиынтығының бар екенін көрсетті.