Alpha helix
-
История открытия α-спирали
- Уильям Астбери обнаружил изменения в рентгеновской дифракции волокон при растяжении.
- Астбери предложил модели α- и β-форм, которые позже были подтверждены Линусом Полингом, Робертом Кори и Германом Брэнсоном.
- В 1954 году Полингу была присуждена Нобелевская премия за исследования структуры белков.
-
Структура α-спирали
- α-спираль имеет правостороннюю конформацию, где каждая N-H группа образует водородные связи с C=O группой аминокислоты на четыре остатка раньше.
- Шаг спирали составляет 5.4 Å, что соответствует 3.6 аминокислотам на оборот.
- α-спирали могут быть идентифицированы с помощью различных методов, таких как DSSP.
-
Стабильность и визуализация
- α-спирали могут быть длиной от четырех до сорока остатков, но обычно содержат около десяти аминокислот.
- В гидрофобных средах и при наличии ко-растворителей α-спирали стабильны.
- Визуализация α-спиралей включает helical wheel, wenxiang diagram и helical net.
-
Экспериментальное определение
- Наиболее детальное подтверждение структуры α-спирали приходит из рентгеновской кристаллографии.
- NMR спектроскопия также показывает характерные признаки α-спиралей.
- Другие методы включают инфракрасную спектроскопию, криоэлектронную микроскопию и диэлектрическую релаксацию.
-
Прочность аминокислот на образование α-спирали
- Разные аминокислоты имеют разную склонность к образованию α-спирали.
- Пролин и глицин имеют низкую склонность к образованию α-спирали.
- Пролин может разрушать или изгибать спираль из-за отсутствия амидной связи и стерического взаимодействия.
- Глицин также разрушает спирали из-за высокой конформационной гибкости.
-
Дипольный момент α-спирали
- Спираль имеет общий дипольный момент из-за микродиполей карбонильных групп.
- Влияние этого макродиполя на взаимодействие с другими группами вызывает споры.
- Некоторые считают, что макродиполь взаимодействует электростатически, другие — что водородные связи могут компенсировать это взаимодействие.
-
Спиральные структуры
- Спиральные α-спирали образуют суперспирали, состоящие из двух или более спиралей.
- Спиральные структуры содержат мотив гептад, повторяющийся каждые семь остатков.
- Гидрофобные остатки упаковываются в центре спирали, а заряженные остатки образуют солевые мостики.
- Спиральные структуры часто встречаются в фибриллярных белках и димеризующихся белках.
-
Фациальные структуры
- Аминокислоты в спирали могут быть представлены на спиральном колесе, иллюстрирующем их ориентацию.
- Спирали часто имеют две «лица»: гидрофобную и полярную.
- Гидрофобная сторона образует поры в мембране, а полярная — взаимодействует с растворителем.
-
Крупномасштабные сборки
- Миоглобин и гемоглобин имеют схожие структуры, состоящие из 70% α-спирали и 30% петель.
- Гемоглобин имеет четвертичную структуру из четырех субъединиц.
-
Функциональные роли
- α-Спирали важны для связывания с ДНК, так как их диаметр соответствует ширине основной бороздки ДНК.
- Спиральные структуры также часто встречаются в трансмембранных белках, так как они могут удовлетворять водородные связи внутри мембраны.
-
Механические свойства
- Спиральные структуры имеют трехфазное поведение при деформации: фаза I — гомогенное растяжение, фаза II — разрыв водородных связей, фаза III — ковалентное растяжение.
-
Динамические особенности
- Спиральные структуры могут иметь низкочастотное движение, наблюдаемое с помощью спектроскопии.
- Спирали, не стабилизированные третичными взаимодействиями, демонстрируют динамическое поведение из-за фрайдинга концов.
-
Переход спираль-спираль
- Гомополимеры аминокислот могут образовывать α-спирали при низких температурах, но разрушаются при высоких температурах.
- Этот переход можно моделировать с помощью метода матрицы переноса.
-
В искусстве
- Художники, такие как Джули Ньюдолл и Джулиан Восс-Андреэ, использовали α-спирали в своих работах.
- Джулиан Восс-Андреэ создал скульптуры α-спирали из различных материалов, включая бамбук и сталь.
-
Ленточные диаграммы α-спиралей в хрустальных скульптурах
- Ленточные диаграммы α-спиралей используются в хрустальных скульптурах белковых структур.
- Художница Вирсавия Гроссман создает скульптуры с помощью лазерной гравировки.
- Примеры структур: инсулин, гемоглобин, ДНК-полимераза.
-
Байрон Рубин и его работы
- Байрон Рубин — бывший кристаллограф по белкам, ныне скульптор по металлу.
- Создает белки, нуклеиновые кислоты и молекулы лекарственных препаратов.
- Примеры структур: субтилизин, гормон роста человека, фосфолипаза А2.
-
Майк Тайка и его работы
- Майк Тайка — компьютерный биохимик из Вашингтонского университета.
- Работает с Дэвидом Бейкером.
- С 2010 года создает скульптуры белковых молекул из меди и стали.
- Примеры структур: убиквитин, тетрамер калиевых каналов.
-
Дополнительные ресурсы
- Спираль 310
- Бета-лист
- Солитон Давыдова
- Складывание (химия)
- Врезка ручек в отверстия
- Пи-спираль
- Протеопедия хелицеров в белках
-
Рекомендации и внешние ссылки
- Дальнейшее чтение
- Внешние ссылки
- Версия NetSurfP
- Калькулятор угла поворота α-спирали
- Веб-сайт художницы Джули Ньюдолл
- Сайт художника Джулиана Фосса-Andreae