Alpha helix: estrutura e importância funcional

A hélice alfa é a estrutura secundária mais simples que uma proteína pode adotar no espaço, de acordo com a rigidez e a liberdade de rotação das ligações entre seus resíduos de aminoácidos.

É caracterizada pela forma espiral em que os aminoácidos estão dispostos, os quais parecem estar dispostos em torno de um eixo longitudinal imaginário com os grupos R fora dele.

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Diagrama da estrutura da hélice alfa (Alejandro Porto [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons)

As hélices alfa foram descritas pela primeira vez em 1951 por Pauling et al., Que usaram os dados disponíveis sobre distâncias interatômicas, ângulos de ligação e outros parâmetros estruturais de peptídeos e aminoácidos para prever as configurações mais prováveis ​​que as cadeias poderiam assumir. polipeptídeo

A descrição da hélice alfa surgiu a partir da busca de todas as estruturas possíveis em uma cadeia peptídica que foram estabilizadas por pontes de hidrogênio , onde os resíduos eram estequiometricamente equivalentes e a configuração de cada uma era plana, conforme indicado pelos dados de ressonância das ligações peptídicas disponíveis para a data.

Essa estrutura secundária é a mais comum entre as proteínas e é adotada tanto pelas proteínas solúveis quanto pelas proteínas integrais da membrana. Acredita-se que mais de 60% das proteínas existam na forma de uma hélice alfa ou folha beta.

Estrutura

Em geral, cada volta de uma hélice alfa tem, em média, 3,6 resíduos de aminoácidos, que são aproximadamente equivalentes a 5,4 Å de comprimento. No entanto, os ângulos e os comprimentos de rotação variam de uma proteína para outra com dependência estrita da sequência de aminoácidos da estrutura primária.

A maioria das hélices alfa tem uma curva dextrogênica, mas atualmente se sabe que podem existir proteínas com hélices alfa com curvas de levogiros. A condição para que um ou outro ocorra é que todos os aminoácidos estejam na mesma configuração (L ou D), pois são responsáveis ​​pela direção do turno.

A estabilização dessas importantes razões estruturais para o mundo das proteínas é dada por ligações de hidrogênio. Essas ligações ocorrem entre o átomo de hidrogênio ligado ao nitrogênio eletronegativo de uma ligação peptídica e o átomo de oxigênio carboxílico eletronegativo do aminoácido quatro posições depois, na região N-terminal em relação a si próprio.

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Cada volta da hélice, por sua vez, une a próxima por ligações de hidrogênio, que são fundamentais para alcançar a estabilidade geral da molécula.

Nem todos os peptídeos podem formar hélices alfa estáveis. Isto é dado pela capacidade intrínseca de cada aminoácido na cadeia de formar hélices, o que está diretamente relacionado à natureza química e física de seus grupos substituintes R.

Por exemplo, a um certo pH, muitos resíduos polares podem adquirir a mesma carga, de modo que não podem ser colocados consecutivamente em uma hélice, pois a repulsão entre eles implicaria uma grande distorção nela.

O tamanho, forma e posição dos aminoácidos também são determinantes importantes da estabilidade helicoidal. Sem ir além, resíduos como Asn, Ser, Thr e Cys posicionados nas proximidades da sequência também podem ter um efeito negativo na configuração da hélice alfa.

Do mesmo modo, a hidrofobicidade e hidrofilicidade dos segmentos helicoidais alfa em um determinado peptídeo dependem exclusivamente da identidade dos grupos R dos aminoácidos.

Nas proteínas integrais de membrana, as hélices alfa são abundantes com resíduos de forte caráter hidrofóbico, estritamente necessários para a inserção e configuração dos segmentos entre as caudas apolares dos fosfolipídios constituintes.

As proteínas solúveis, por outro lado, possuem hélices alfa ricas em resíduos polares, que possibilitam uma melhor interação com o meio aquoso presente no citoplasma ou nos espaços intersticiais.

Importância funcional

Os motivos alfa helix têm uma ampla gama de funções biológicas. Padrões de interação específicos entre as hélices desempenham um papel crítico na função, montagem e oligomerização de proteínas da membrana e proteínas solúveis.

Esses domínios estão presentes em muitos fatores de transcrição, importantes do ponto de vista da regulação da expressão genética. Eles também estão presentes em proteínas com relevância estrutural e em proteínas de membrana que têm funções de transporte e / ou transmissão de sinais de vários tipos.

Aqui estão alguns exemplos clássicos de proteínas com hélices alfa:

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Miosina

A miosina é uma ATPase ativada por actina, responsável pela contração muscular e por uma variedade de formas de mobilidade celular. As miosinas musculares e não musculares consistem em duas regiões globulares ou “cabeças” unidas por uma longa cauda “helicoidal alfa”.

Colágeno

Um terço do conteúdo total de proteínas do corpo humano é representado por colágeno. É a proteína espacial extracelular mais abundante e tem como característica distintiva um motivo estrutural composto por três filamentos paralelos com configuração de levógira helicoidal, que se unem para formar uma hélice tripla de sentido dextrogênico.

Queratina

Queratinas são um grupo de proteínas que formam filamentos são produzidos por algumas células epiteliais em vertebrados . Eles são o principal componente de unhas, cabelos, garras, conchas de tartarugas, chifres e penas. Parte de sua estrutura fibrilar é composta por segmentos de hélice alfa.

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Estruturação de queratina (Mlpatton [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) ou GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], do Wikimedia Commons)

Hemoglobina

O oxigênio no sangue é transportado pela hemoglobina. A porção globina desta proteína tetramérica consiste em duas hélices alfa idênticas de 141 resíduos cada e duas cadeias beta de 146 resíduos cada.

Proteínas do tipo dedos de zinco

Os organismos eucarióticos têm uma riqueza de tipo proteína de dedo de zinco, operando para finalidades diferentes: reconhecimento de ADN , o empacotamento do ARN, de activação da transcrição, a regulação da apoptose, o dobramento de proteínas, etc. Muitas proteínas dos dedos de zinco têm hélices alfa como o principal componente de sua estrutura e são essenciais para sua função.

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