폴리프로라인나선형나선

Polyproline helix

폴리프로라인 나선은 반복되는 프롤라인 잔류물로 구성된 단백질에서 발생하는 단백질 2차 구조의 한 유형이다.[1] 왼손용 폴리프로선 II 나선(PPII, Poly-Pro II)은 순차적 잔류물이 모두 대략 (-75°, 150°)의 백본 이면각을 채택할 때 형성된다. 펩타이드 결합의 트랜스퍼 이소머를 가지고 있다. 이 PPII 순응은 프로라인과 별개로 다른 아미노산을 가진 단백질과 폴리펩타이드에서도 흔하다. 마찬가지로, 순차적 잔류물이 모두 대략 (-75°, 160°)의 백본 이면각을 채택할 때 보다 콤팩트한 우측 폴리프로라인 I 나선(PPI, poly-Pro I)이 형성된다. 펩타이드 결합의 시스 이소머를 가지고 있다. 자연적으로 발생하는 20개의 일반적인 아미노산 중에서 프롤라인만이 펩타이드 결합의 시스 이소머, 특히 X-Pro 펩타이드 결합을 채택할 가능성이 높다; 강체 및 전자적 요인은 대부분의 다른 펩타이드 결합에서 트랜스 이소머를 매우 선호한다. 그러나 프롤라인을 다른 N 대체 아미노산(사르코신 등)으로 대체하는 펩타이드 결합도 시스 이소머를 채택할 가능성이 높다.

폴리프로라인2나선

3배 대칭을 보여주는 20-residue 폴리-Pro II 나선의 상단 보기.
폴리-프로 II 나선의 측면도, 개방성과 내부 수소 결합의 결여를 보여준다.

PPII 나선은 대략 (-75°, 150°)의 백본 이음각으로 정의된다. 펩타이드 결합의 트랜스퍼 이소머(trans Isomer)를 사용 트랜스 이소머가 있는 폴리펩타이드 나선의 잔류물 당 회전 각도 Ω은 다음 방정식으로 주어진다.

이 방정식으로 폴리프로 II(삼각형, 삼각형) 이면각을 대체하면 거의 정확히 Ω = -120°, 즉 PPII 나선은 턴당 3개의 잔류물이 있는 왼손잡이 나선형이다(360°/120° = 3). 잔류물 당 상승은 약 3.1 å이다. 이 구조는 주로 프롤라인, 히드록시프로라인, 글리신 등으로 구성된 섬유성 단백질 콜라겐에서 채택된 구조와 다소 유사하다. PPII 나선은 특히 SH3 영역에 의해 구속된다. 이러한 결합은 많은 단백질-단백질 상호작용과 심지어 단일 단백질 영역 간의 상호작용에도 중요하다.

PPII 나선은 비교적 개방적이며 내부 수소 결합이 없으며, 보다 일반적인 나선 2차 구조인 알파 나선과 그 친족인 3나선10 및 파이 나선은 물론 β-헬릭스도 없다. 아미드 질소와 산소 원자는 너무 멀리 떨어져 있고(약 3.8 å) 수소 결합에 대한 방향이 잘못되었다. 게다가, 이 원자들은 둘 다 프로라인에 있는 H-본드 수용체인데, 주기적인 측면 사슬 때문에 H-본드 기증자가 없다.

PPII 백본 이음각(-75°, 150°) 프로라인 이외의 아미노산에서도 단백질에서 자주 관찰된다.[2] 라마찬드란 플롯은 PPII 영역에서 매우 인구밀도가 높으며, 비교적으로 (-135°, 135°) 주위의 베타 시트 영역과 비교된다. 예를 들어, PPII 백본 이음각은 종종 차례대로 관찰되며, 가장 일반적으로 타입 II β-턴의 첫 번째 잔류물에서 관찰된다. "거울 이미지" PPII 백본 다이헤드각(75°, -150°) 아치랄 아미노산 글리신 중합체 외에는 거의 보이지 않는다. 폴리글리신에서 폴리프로 II 나선의 아날로그를 폴리글리2 나선으로 부른다. 하이포가스트루라 하베이의 부동 단백질과 같은 일부 단백질은 글리신 함량이 풍부한 폴리글리신 II 헬리케스의 묶음으로 이루어져 있다.[3] 3D 구조가 알려진 이 주목할 만한 단백질은 독특한 NMR 스펙트럼을 가지며 조광화와 28Cα-H·O=C 수소결합으로 안정화된다.[4][5] PPII 나선은 투과성 단백질에서는 흔하지 않으며, 이 이차 구조는 자연 조건에서 지질막을 통과하지 않는다. 2018년 독일의 한 연구진이 인공 펩타이드로 특수 설계된 첫 번째 투과성 PPII 나선을 만들어 실험적으로 관찰했다.[6][7]

폴리프로라인 1나선

회전당 비정수 잔류물 수를 보여주는 20-residue 폴리프로 I 나선의 상단 보기.
폴리-프로 I 나선의 측면도, 더 큰 컴팩트를 보여준다.

폴리프로 1 나선은 펩타이드 결합의 시스 이소머로 인해 PPII 나선보다 훨씬 밀도가 높다. 또한 시스 이소머가 트랜스보다 에너지가 높기 때문에 PPII 순응보다 드물다. 대표적인 이음각(-75°, 160°) PPII 나선형의 그것과 가깝지만 동일하지는 않다. 그러나 PPI 나선은 오른손잡이 나선형이며 더 단단하게 감겨져 있으며 회전당(회전당 3.3회 이상) 약 3.3회의 잔여물이 남아 있다. PPI 나선의 잔류물 당 상승도 훨씬 작으며, 대략 1.9 å이다. 다시 말하지만, 폴리-프로 I 나선에는 내부 수소 결합이 존재하지 않는데, 이는 H-본드 공여 원자가 부족하기 때문이기도 하고 아미드 질소와 산소 원자가 너무 멀고 방향이 잘못되었기 때문이다(거의 3.8 å).

구조 특성

전통적으로 PPII는 비교적 경직된 것으로 간주되어 구조 생물학에서 예를 들어, FET 효율성 측정을 교정하는 "분자형 통치자"로 사용되어 왔다. 그러나 이후의 실험 및 이론 연구는 폴리프로라인 펩타이드의 이 그림을 "강성 막대"[8][9]로 의심하게 했다. 테라헤르츠 분광학 및 밀도 기능 이론 계산을 사용한 추가 연구는 폴리프로라인이 사실 원래 생각했던 것보다 훨씬 덜 경직되어 있다는 것을 강조하였다.[10] 폴리프로선의 PPI 나선형과 PPI 나선형의 상호 변환은 X-Pro cis-trans 이소머라이징(Ea ≈ 20 kcal/mol)의 높은 활성화 에너지 때문에 느리지만, 프롤릴 이소머아제 또는 PPIases로 알려진 특정 이소머제에 의해 촉매될 수 있다. PPII와 PPI 나선 사이의 상호 변환은 전체 펩타이드 체인을 따라 시스-트랜스 펩타이드 결합 이소머라이징을 포함한다. 이온-이동성 분광분석에 기초한 연구는 이 과정을 따라 정의된 중간자 집합의 존재를 밝혀냈다.[11]

참조

  1. ^ Adzhubei, Alexei A.; Sternberg, Michael J.E.; Makarov, Alexander A. (2013). "Polyproline-II Helix in Proteins: Structure and Function". Journal of Molecular Biology. 425 (12): 2100–2132. doi:10.1016/j.jmb.2013.03.018. ISSN 0022-2836. PMID 23507311.
  2. ^ Adzhubei, Alexei A.; Sternberg, Michael J.E. (1993). "Left-handed Polyproline II Helices Commonly Occur in Globular Proteins". Journal of Molecular Biology. 229 (2): 472–493. doi:10.1006/jmbi.1993.1047. ISSN 0022-2836. PMID 8429558.
  3. ^ Davies, Peter L.; Graham, Laurie A. (2005-10-21). "Glycine-Rich Antifreeze Proteins from Snow Fleas". Science. 310 (5747): 461. doi:10.1126/science.1115145. ISSN 0036-8075. PMID 16239469.
  4. ^ Pentelute, Brad L.; Gates, Zachary P.; Tereshko, Valentina; Dashnau, Jennifer L.; Vanderkooi, Jane M.; Kossiakoff, Anthony A.; Kent, Stephen B. H. (2008-07-01). "X-ray Structure of Snow Flea Antifreeze Protein Determined by Racemic Crystallization of Synthetic Protein Enantiomers". Journal of the American Chemical Society. 130 (30): 9695–9701. doi:10.1021/ja8013538. ISSN 0002-7863. PMC 2719301. PMID 18598029.
  5. ^ Treviño, Miguel Ángel; Pantoja-Uceda, David; Menéndez, Margarita; Gomez, M. Victoria; Mompeán, Miguel; Laurents, Douglas V. (2018-11-15). "The Singular NMR Fingerprint of a Polyproline II Helical Bundle". Journal of the American Chemical Society. 140 (49): 16988–17000. doi:10.1021/jacs.8b05261. PMID 30430829.
  6. ^ Kubyshkin, Vladimir; Grage, Stephan L.; Bürck, Jochen; Ulrich, Anne S.; Budisa, Nediljko (2018). "Transmembrane Polyproline Helix". The Journal of Physical Chemistry Letters. 9 (9): 2170–2174. doi:10.1021/acs.jpclett.8b00829. PMID 29638132.
  7. ^ Kubyshkin, Vladimir; Grage, Stephan L.; Ulrich, Anne S.; Budisa, Nediljko (2019). "Bilayer thickness determines the alignment of model polyproline helices in lipid membranes". Physical Chemistry Chemical Physics. 21 (40): 22396–22408. Bibcode:2019PCCP...2122396K. doi:10.1039/c9cp02996f. PMID 31577299.
  8. ^ S. 두스, H. 뉴와일러, H. 바르쉬, M. 사우어, 프락 나틀. 아카드. SCI. USA. 104, 17400(2007)
  9. ^ M. Moradi, V. Babin, C. Roland, T. A. Darden, C. 사귀, 프로크. 나틀. 아카드. SCI. USA. 106,20746 (2009)
  10. ^ M. T. Ruggiero, J. Sibik, J. A. Zeitler, T. M. Kotter, Agnew. 케미 16년 12월 55일 (2016년)
  11. ^ El-Baba, Tarick J.; Fuller, Daniel R.; hales, David A.; Russel, David H.; Clemmer, David E. (2019). "Solvent Mediation of Peptide Conformations: Polyproline Structures in Water, Methanol, Ethanol, and 1-Propanol as Determined by Ion Mobility Spectrometry-Mass Spectrometry". Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 30 (1): 77–84. Bibcode:2019JASMS..30...77E. doi:10.1007/s13361-018-2034-7. PMC 6503664. PMID 30069641.