베타 시트

Beta sheet
녹색 형광단백질 베타시트 부분의 입체구조
Protein secondary structureBeta sheetAlpha helix
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단백질 2차 구조에서 수소 결합의 대화형 다이어그램.위 그림, 아래 원자는 파란색 질소, 빨간색 산소(PDB: 1AXC)

베타 시트(β-시트)(β-완성 시트도)는 일반 단백질 2차 구조의 일반적인 모티브이다.베타 시트는 적어도 두세 개의 골격 수소 결합에 의해 측면으로 연결된 베타 가닥(β-스트랜드)으로 구성되며, 일반적으로 꼬인 주름 시트를 형성한다.β 가닥은 확장된 형태에서 골격을 가진 일반적으로 3~10개의 아미노산 길이의 폴리펩타이드 사슬이다.β-시트의 초분자 연관성은 아밀로이드증, 특히 알츠하이머병에서 관찰되는 섬유소와 단백질 응집체의 형성과 관련이 있다.

역사

카탈라아제(PDB 파일 1GWE, 분해능 0.88Ω)의 결정구조로부터의 4가닥 반평행β 시트 조각의 예.a) 인접한 가닥의 펩타이드 NH와 CO기 사이의 역평행 수소 결합(점)을 나타내는 정면도.화살표는 사슬의 방향을 나타내며, 전자 밀도 등고선은 비수소 원자의 윤곽을 나타냅니다.산소 원자는 적색 볼, 질소 원자는 청색, 수소 원자는 생략하여 간단하게 할 수 있습니다. 사이드 체인은 제1 사이드 체인 탄소 원자(녹색)에만 표시됩니다.b) a의 중앙 2개의 β-strand의 엣지온 뷰. 시트와 반대 방향으로 번갈아 돌출된 Cs와 사이드체인의α 주름과 열손 꼬임(right-on β-strand의 엣지온 뷰.

최초의 β-시트 구조는 1930년대에 윌리엄 애스트베리에 의해 제안되었다.그는 평행 또는 역평행 확장 β-스트랜드 펩타이드 결합 사이의 수소 결합 아이디어를 제안했다.하지만, Astbury는 정확한 모델을 만들기 위해 아미노산의 결합 기하학에 대한 필요한 데이터를 가지고 있지 않았다. 왜냐하면 그는 그 때 펩타이드 결합이 평면이라는 것을 알지 못했기 때문이다.1951년 리누스 폴링과 로버트 코리에 의해 개량된 버전이 제안되었다.이들의 모델은 이전에 케토에놀 호변이성(tautomerization)의 결과로 설명했던 펩타이드 결합의 평면성을 통합했다.

구조 및 방향

기하학.

β-아세틸의 대부분은 다른 가닥에 인접해 배열되며, 인접한 이웃과 광범위한 수소 결합 네트워크를 형성하며, 한 가닥의 백본에 있는 N-H 그룹은 인접한 가닥의 백본에 있는 C=O 그룹과 수소 결합을 형성한다.전연장β스트랜드에서는 연속된 사이드체인이 직하방향으로 번갈아 패턴으로 포인트된다.β시트 내의 인접한 β스트랜드는 C원자가α 인접하고 측쇄가 같은 방향을 가리키도록 배열되어 있다.β-스트랜드의 "완벽한" 모양은 C 원자의α 사면체 화학 결합에서 발생한다. 예를 들어, 측면 사슬이 직선으로 위쪽을 가리키면 결합 각도가 약 109.5°이기 때문에 Cθ에 대한 결합은 약간 아래쪽을 가리켜야 한다.주름으로 인해 C와α
i + 2 C 사이의 거리는α
i 2개의 완전 확장 트랜스 펩타이드에서 예상되는 7.6 †(0.76 nm)가 아닌 약 6Ω(0.60 nm)가 된다.수소 결합 β-스트랜드에서 인접한α C 원자 사이의 "측면" 거리는 약 5Ω(0.50 nm)이다.

약 100,000개의 고해상도 데이터 포인트의 라마찬드란( of, )) 플롯으로, β 시트 아미노산 잔기에 대한 전형적인 형태 주변의 광범위하고 바람직한 영역을 보여준다.

그러나, β-스트랜드는 거의 완벽하게 확장되지 않으며, 오히려 비틀림을 나타낸다.에너지적으로 선호하는 (θ, θ) 근처 이면각 = (-135°, 135°)(예: 라마찬드란 플롯의 왼쪽 상단 영역) 완전 확장 형상(예: θ, θ) = (–180°, 180°)[1]에서 상당히 다르다.비틀림은 종종 큰 시트의 개별 β-스트랜드가 흩어지는 것을 방지하기 위해 이면각의 교대로 변동하는 것과 관련이 있다.단백질 BPTI에서 강하게 꼬인 β헤어핀의 좋은 예를 볼 수 있다.

사이드 체인은 시트 평면에 거의 수직으로 주름의 바깥쪽을 가리키며, 연속적인 아미노산 잔류물은 시트의 번갈아 가면서 바깥쪽을 가리킵니다.

수소 결합 패턴

역평행 β 시트 수소 결합 패턴으로 점선으로 표현됩니다.산소 원자는 빨간색이고 질소 원자는 파란색입니다.
점선으로 나타나는 평행 β 시트 수소 결합 패턴.산소 원자는 빨간색이고 질소 원자는 파란색입니다.

펩타이드 사슬은 N 말단 및 C 말단에 의해 부여된 방향성을 가지기 때문에 β 가닥도 방향성이 있다고 할 수 있다.그것들은 보통 단백질 토폴로지 다이어그램에서 C 말단을 가리키는 화살표로 나타납니다.인접한 β 가닥은 역평행, 평행 또는 혼합 배열로 수소 결합을 형성할 수 있다.

역평행 배열에서는 연속된 β-스트랜드가 하나의 스트랜드의 N-말단이 다음 스트랜드의 C-말단에 인접하도록 방향을 바꾼다.이것은 카르보닐과 아민 사이의 사슬간 수소 결합이 그들이 선호하는 방향인 평면이 되도록 하기 때문에 가장 강한 가닥간 안정성을 생성하는 배열이다.펩타이드 골격 이면각(θ, θ)은 약 (-140°, 135°)이다.역평행 시트로.이 경우, 두 개의 수소 결합 β-스트랜드에 두 개의 원자α
i C와α
j C가 인접해 있으면, 그들은 서로의 옆구리 펩타이드 그룹에 두 개의 상호 골격 수소 결합을 형성한다. 이것은 수소 결합의 근접 쌍으로 알려져 있다.

병렬 배열에서는 연속된 가닥의 모든 N-termini는 같은 방향으로 배향된다.이 배향은 가닥간 수소 결합 패턴에 비평행성을 도입하기 때문에 약간 덜 안정적일 수 있다.이면각(θ, θ)은 약(-120°, 115°)이다.평행하게.모티브에서 상호작용하는 평행 가닥이 5개 미만인 경우는 드물며, 이는 더 적은 수의 가닥이 불안정할 수 있음을 시사하지만, N과 C 흰자리가 정렬된 가닥은 반드시 순차적으로[citation needed] 매우 멀어야 하기 때문에 평행 β-시트가 형성되는 것도 근본적으로 더 어렵다.또한 작은 아밀로이드 생성 서열이 일반적으로 일차적으로 평행한 β 시트 가닥으로 구성된 β 시트 섬유로 집합하는 것으로 나타나기 때문에 평행 β 시트가 더 안정적일 수 있다는 증거가 있다.

병렬 β-시트 구조에서, 2개의 원자 C와 C가 2개의 수소 결합α
iα
j β-스트랜드에 인접해 있으면, 그들은 서로 수소 결합하지 않고, 오히려 하나의 잔류물이 다른 잔류물에 수소 결합을 형성한다(단, 그 반대는 아니다).예를 들어 잔류물 i는 잔류물 j - 1과 j + 1에 수소 결합을 형성할 수 있으며, 이는 수소 결합의 넓은 쌍으로 알려져 있다.반면 잔류물 j는 다른 잔류물에 모두 수소 결합하거나 전혀 결합하지 않을 수 있다.

병렬 베타 시트의 수소 결합 배열은 11개의 원자를 가진 아미드 고리 모티브의 수소 결합 배열과 유사하다.

마지막으로 개별 가닥은 한쪽은 평행 가닥, 다른 한쪽은 역평행 가닥을 가진 혼합 결합 패턴을 나타낼 수 있다.그러한 배열은 무작위로 분포된 배향보다 덜 일반적이며, 이는 이 패턴이 반평행 배열보다 덜 안정적이라는 것을 시사한다. 그러나 생물정보 분석은 항상 전체 단백질에 다른 수많은 구조적 특징이 존재하기 때문에 구조 열역학을 추출하는 데 항상 어려움을 겪는다.또한 단백질은 접이식 열역학뿐만 아니라 접이식 열역학에 의해 본질적으로 구속되기 때문에 생체정보 분석에서 안정성을 결론내릴 때 항상 주의해야 한다.

β-스트랜드의 수소 결합은 완벽할 필요는 없지만, β-bulge로 알려진 국소적인 교란을 보일 수 있다.

수소 결합은 시트 평면에 대략적으로 존재하며, 펩타이드 카르보닐기는 연속 잔류물과 번갈아 방향을 가리키며, 비교를 위해 연속 카르보닐기는 알파 나선에서 동일한 방향을 가리키고 있다.

아미노산성

β-시트의 중간에 있는 β-스트랜드에서 큰 방향족 잔류물(티로신, 페닐알라닌, 트립토판) 및 β-분기 아미노산(트레오닌, 발린, 이소류신)이 검출되는 것이 바람직하다.다른 유형의 잔류물(프롤린 등)이 β-시트의 가장자리 가닥에서 발견될 가능성이 높으며, 이는 응집과 아밀로이드 [2]형성을 초래할 수 있는 단백질 사이의 "엣지-투-엣지" 관련성을 피하기 위한 것으로 추정된다.

공통 구조 모티브

β 헤어핀 모티브
그리스어 키 모티브

β-헤어핀 모티브

β-시트를 포함한 매우 단순한 구조 모티브는 β-헤어핀으로, 2개의 역평행 스트랜드가 2~5개의 잔기로 이루어진 짧은 루프로 연결되어 있으며, 그 중 1개는 글리신 또는 프롤린이며, 2개는 엄격한 턴 또는 β-벌지 루프에 필요한 이면각 구조를 가정할 수 있다.개별 가닥은 또한 α-헬리스를 포함할 수 있는 더 긴 루프로 더 정교한 방법으로 연결될 수 있다.

그리스어 키 모티브

그리스의 주요 모티브는 인접한 4개의 반평행 가닥과 그 연결 루프로 구성됩니다.그것은 머리핀으로 연결된 세 개의 역평행 가닥으로 구성되어 있고, 네 번째 가닥은 첫 번째 가닥과 인접하고 더 긴 루프로 세 번째 가닥과 연결되어 있습니다.이러한 구조는 단백질 접힘 과정에서 [3][4]쉽게 형성됩니다.그것은 그리스 장식 미술품에 공통적인 패턴에서 이름을 따왔다.

β-α-β 모티브

성분 아미노산의 키랄성으로 인해, 모든 가닥은 대부분의 고차 β 시트 구조에서 분명히 오른손으로 비틀림을 보인다.특히, 2개의 평행한 스트랜드간의 링크 루프는 거의 항상 우측 크로스오버 키랄리티를 가지며,[5] 이는 시트의 고유 트위스트에 의해 강하게 선호된다.이 연결 루프는 종종 나선형 영역을 포함하며, 이 경우 β-α-β 모티브라고 불립니다.β-α-β-α 모티브라고 불리는 밀접하게 관련된 모티브는 가장 일반적으로 관찰되는 단백질 3차 구조인 TIM 배럴의 기본 구성 요소를 형성합니다.

외부 표면 단백질 A(OspA)[6]의 β-meander 모티브.위 그림은 OpA(OspA+3bh)의 변형을 나타내고 있습니다.이러한 중앙 확장 β-meander β-시트는 코어 OpA β-hearpin(회색)의 3개의 추가 복사본(빨간색)이 포함되어 있어 부모 OpA β-시트에 복제되어 재삽입되어 있습니다.
카르복시펩티드가수분해효소 A의 Psi-루프 모티브

β-meander 모티브

헤어핀 [7][8]루프로 연결된 2개 이상의 연속된 반팔레알β스트랜드로 이루어진 간단한 초2차 단백질 위상.이 모티브는 β-시트에서 일반적이며 β-배럴과 β-프로펠러를 포함한 여러 구조 구조에서 찾을 수 있다.

단백질의 β-meander 영역의 대부분은 폴리펩타이드 사슬의 다른 모티브 또는 단면에 대해 채워져 있으며, 접힌 [9]구조의 형성을 규범적으로 추진하는 소수성 코어의 일부를 형성한다.단, 몇 가지 주목할 만한 예외로는 기존의 소수성 코어가 없을 때 단층 β-시트를 포함하는 외부 표면 단백질 A(OspA) 변종과 단층 β-시트 단백질(SLBP)[10]이[6] 있다.이러한 β가 풍부한 단백질은 주로 개별 가닥을 연결하는 턴 영역에 존재하는 β-스트랜드 간 상호작용과 소수성 상호작용을 통해 안정화되는 확장된 단층 β-meander β-시트를 특징으로 한다.

Psi-루프 모티브

psi-loop(δ-loop) 모티브는 수소 [11]결합에 의해 양쪽 모두에 연결된 하나의 가닥이 있는 두 개의 역평행 가닥으로 구성됩니다.싱글 Ω [12]루프에는 4개의 스트랜드토폴로지가 있어요이 모티브는 단백질이 접히는 동안 형성되는 과정이 일어날 가능성이 거의 없어 보이기 때문에 희귀합니다.δ-루프는 아스파르트 단백질 분해효소 계열에서 [12]처음 확인되었다.

β-시트를 가진 단백질의 구조

β-리보핵산은 전체 [13][14]β, α+β 및 α/β 도메인과 전체 구조가 제대로 정의되지 않은 많은 펩타이드 또는 작은 단백질에 존재한다.all-β 도메인은 β-배럴, β-샌드위치, β-프리즘, β-프로펠러 및 β-헬리스를 형성할 수 있다.

구조 토폴로지

β-시트의 위상은 골격을 따라 수소 결합 β-스트랜드의 순서를 설명한다.예를 들어 플라보독신 접힘은 위상 21345의 5가닥 병렬 β-시트를 가지며, 따라서 엣지 가닥은 골격을 따라 β-strand 2 및 β-strand 5이다.β스트랜드2는 β스트랜드1에 H결합되어 β스트랜드3에 H결합되어 β스트랜드4에 H결합되어 β스트랜드5에 H결합되어 있다.같은 시스템에서 위에서 설명한 그리스어 키 모티브는 4123 토폴로지를 가집니다.β-시트의 2차 구조는 가닥의 수, 위상, 수소 결합이 평행인지 반평행인지 여부를 제공함으로써 대략적으로 설명할 수 있다.

β-시트는 개방될 수 있으며, 즉 두 개의 가장자리 가닥(플라보독신 접힘 또는 면역글로불린 접힘)을 가지거나 닫힌 β-배럴(TIM 배럴 등)이 될 수 있다.β-배럴은 종종 비틀림 또는 전단(shear)으로 설명된다.일부 열린 β-시트는 매우 곡면이고 스스로 접히거나(SH3 도메인에서처럼) 말발굽 모양을 형성한다(리보핵산가수분해효소 억제제에서처럼).개방된 β-시트는 면대면(β-프로펠러 도메인 또는 면역글로불린 접힘 등) 또는 엣지-투-에지를 조립하여 하나의 큰 β-시트를 형성할 수 있다.

동적 기능

β-완성 시트 구조는 수소 결합에 의해 이웃하는 가닥과 연결된 확장된 β-결합 폴리펩타이드 사슬에서 만들어진다.이 확장된 백본 구성에 의해 β 시트는 스트레칭에 저항합니다.단백질의 β-시트는 라만 분광법에[15] 의해 관찰되고 준연속 [16]모델로 분석되는 저주파 아코디언 유사 운동을 수행할 수 있다.

평행 β-헬리시스

3면 좌측 β-헬릭스 엔드뷰(PDB: 1QRE)

짧은 루프로 연결된 2개 또는 3개의 짧은 β스트랜드로 이루어진 반복구조단위로부터 β헬릭스를 형성한다.이들 유닛은 나선형으로 서로 "스택"하여 동일한 가닥의 연속된 수소 결합이 평행한 방향으로 서로 결합합니다.자세한 내용은 β-helix 문서를 참조하십시오.

왼손잡이 β-나선은 스트랜드 자체가 상당히 직선이며 비틀리지 않으며, 그 결과 발생하는 나선 표면은 거의 평탄하며, 우측에 있는 1QRE 고탄산 무수분해효소처럼 정삼각형 프리즘 형상을 형성한다.다른 예로는 지질 A 합성 효소 LpxA와 [17]얼음의 구조를 모방하는 한 면에 규칙적인 Thr 사이드체인 배열이 있는 곤충 부동액 단백질이 있다.

3면 우측 β-헬릭스 엔드뷰(PDB: 2PEC)

왼쪽 또는 P22 phage tailspike 단백질에 나타나는 펙테이트 리아제 효소로 대표되는 β-헬리스는 단면이 덜 규칙적이고 길며 한쪽이 움푹 패인다. 3개의 링커 루프 중 하나는 일관되게 단지 2개의 잔류물이고 다른 하나는 가변적이며 종종 결합 또는 활성 [18]부위를 형성하기 위해 정교하게 형성한다.
GGXGXD 배열 [19]모티브의 골격 및 Asp 측쇄 산소를 사용하여 구조의 무결성을 유지하기 위해 2개의 루프가 각각 6개의 잔류물로 결합 안정화 칼슘 이온으로 이루어진 양면 β-나선(오른손잡이)이 일부 세균성 금속단백질화효소에서 발견된다.이 접힘을 SCOP 분류에서는 β-roll이라고 합니다.

병리학에서

아밀로이드 β(아밀로이드 플라크 참조)와 같이 단량체로서 무질서하거나 나선형인 일부 단백질은 병리학적 상태와 관련된 β-시트가 풍부한 올리고머 구조를 형성할 수 있다.아밀로이드 β 단백질의 올리고머 형태는 알츠하이머의 원인으로 관련된다.그것의 구조는 아직 완전히 결정되지 않았지만, 최근의 데이터는 이것이 특이한 두 가닥의 β-나선을 [20]닮았을 수도 있다는 것을 암시한다.

아미노산 잔류물은 β-sheet 구조에서 발견된 쪽은 체인점들은 구성할 수 있으면 시트를 boundar을 형성하는 유용할 수 있는 반면 서로 인접하게 시트의 대체 쪽에 많은 것이 또는 충전된 극지(친수성)[21]은 시트의 한쪽 면에 인접 sidechains의 많은, 소수성과 같은.y극지/극지 및 비극지/극지 환경.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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