Введение
В белковых структурах бета-баррель (β-barrel) - бета-лист (β-sheet), состоящий из тандемных повторов, которые скручиваются и скручиваются, образуя закрытую тороидальную структуру, в которой первая нить связана с последней нитью (водородная связь). Бета-цепи во многих бета-баррелях расположены антипараллельно. Бета-баррельные структуры названы так из-за сходства с бочками, используемыми для хранения жидкостей. Большинство из них являются водорастворимыми белками внешней мембраны и часто связывают гидрофобные лиганды в центре ствола, как в липокалинах. Другие проходят через мембраны клеток и обычно находятся в порнинах. Порин-подобные структуры ствола кодируются целых 23% генов в грам-отрицательных бактериях. Было показано, что более 600 белков с различными функциями, такими как оксидаза, дисмутаза и амилаза, содержат бета-баррельную структуру. Во многих случаях нити содержат чередующиеся полярные и неполярные (гидрофильные и гидрофобные) аминокислоты, так что гидрофобные остатки ориентированы во внутреннюю часть бочки, образуя гидрофобное ядро, а полярные остатки ориентированы во внешнюю часть бочки на поверхности, подверженной воздействию растворителя. Порины и другие мембранные белки, содержащие бета-баррели, обращают эту модель вспять, с гидрофобными остатками, ориентированными во внешнюю сторону, где они контактируют с окружающими липидами, и гидрофильными остатками, ориентированными в водяной внутренний поры. Все бета-баррели могут быть классифицированы с точки зрения двух целых параметров: количества нитей в бета-листе, n, и "число сдвига", S, мера перемещения нитей в бета-листе. Эти два параметра (n и S) связаны с углом наклона бета-полосок относительно оси ствола.
Вверх-вниз
Верхние и нижние бочки являются самой простой топологией бочек и состоят из серии бета-целей, каждая из которых состоит из водорода, связанного с целями непосредственно перед и после него в первичной последовательности.
Железовый рулон
Склад желе-ролика или бочка, также известная как швейцарский рулон, обычно состоит из восьми бета-струев, расположенных в двух четырехструечных листах. Прилегающие нитки вдоль последовательности чередуются между двумя листами, так что они "опакованы" в трех измерениях, образуя форму бочки.
Котята
В поринах встречаются 16 или 18 узкополосных вверх и вниз бета-баррельных структур, которые функционируют как транспортеры ионов и малых молекул, которые не могут диффундировать через клеточную мембрану. Такие структуры появляются во внешних мембранах грам-отрицательных бактерий, хлоропластах и митохондриях. Центральный поры белка, иногда называемый глазком, выложены заряженными остатками, расположенными так, что положительные и отрицательные заряды появляются на противоположных сторонах поры. Длинная петля между двумя бета-цепями частично закрывает центральный канал; точный размер и конформация петли помогает различать молекулы, проходящие через транспортер.
Пребелковые транслоказы
Бета-баррели также функционируют в органелах, полученных эндосимбионтами, таких как митохондрии и хлоропласты, для транспортировки белков. Внутри митохондриев существуют два комплекса с бета-баррелями, служащими в качестве порообразующей подединицы, Tom40 транслоказы внешней мембраны и Sam50 сортировочного и сборочного механизма. Хлоропласт также имеет функционально похожие бета-баррели, содержащие комплексы, наиболее хорошо характеризуемые из которых - Toc75 комплекса TOC (Translocon на внешней оболочке мембраны хлоропластов).
Липокалины
Липокалины обычно представляют собой восемь бета-белок, которые выделяются в внеклеточную среду. Отличительной особенностью является их способность связывать и транспортировать небольшие гидрофобные молекулы в бочковой чашечке. Примерами этого семейства являются белки, связывающие ретинол (RBPs) и основные белки мочевыделения (Mups). RBP связывает и транспортирует ретинол (витамин А), в то время как Mups связывает ряд небольших органических феромонов, включая 2-сек бутил-4,5-дигидротиазоль (сокращенно SBT или DHT), 6-гидрокси-6-метил-3-гептанон (HMH) и 2,3-дигидроэкзобревикомин (DHB).
Число сдвигов
Кусок бумаги можно сформировать в цилиндр, соединяя противоположные стороны. Два края соединяются, образуя линию. Скрещивание может быть создано путем скольжения двух краев параллельно этой линии. Аналогичным образом, бета-баррель может быть сформирован путем объединения краев бета-листа для формирования цилиндра. Если эти края смещены, создается сдвиг. Аналогичное определение встречается в геологии, где сдвиг относится к смещению внутри породы перпендикулярно поверхности породы. В физике величина смещения называется сдвиговой нагрузкой, которая имеет единицы длины. Для количества сдвигов в бочках смещение измеряется в единицах остатков аминокислот. Определение числа сдвига требует предположения, что каждая аминокислота в одной нити бета-листа примыкает только к одной аминокислоте в соседней нити (это предположение может не подтверждаться, если, например, присутствует бета-выпуклость). Для иллюстрации S будет рассчитываться для зеленого флуоресцентного белка. Этот белок был выбран, потому что бета-баррель содержит как параллельные, так и антипараллельные нити. Для определения того, какие аминокислотные остатки соседствуют в бета-цепочках, определяется местоположение водородных связей. В таблице можно обобщить межцепочечные водородные связи. Каждая колонка содержит остатки в одной строке (строка 1 повторяется в последней колонке). Стрелки указывают на водородные связи, которые были определены на рисунках. Относительная направленность каждого направления обозначена знаками "+" и " " в нижней части таблицы. За исключением нитей 1 и 6, все нитки антипараллельны. Параллельное взаимодействие между нитями 1 и 6 объясняет разный внешний вид водородного узла. (Некоторые стрелки отсутствуют, потому что не все ожидаемые водородные связи были идентифицированы. Нестандартные аминокислоты обозначаются "?") Боковые цепи, которые указывают на внешнюю сторону ствола, выделены жирным шрифтом. Если в стволе не было никакого сдвига, то остаток 12 В, скажем, в нитке 1, должен закончиться в последней нитке на том же уровне, на котором он начался. Однако из-за сдвига 12 В не находится на том же уровне: он на 14 остатков выше, чем начальный, поэтому его число сдвига, S, равняется 14.