hélice 3 10

La hélice 3₁₀ es un tipo de estructura secundaria presente en proteínas y polipéptidos. De las numerosas estructuras secundarias proteicas, la hélice _{3₁₀ es la cuarta más común, después de} las hélices α , las láminas β y los giros inversos . Las hélices _3₁₀ constituyen entre el 10 % y el 15 % de todas las hélices en las estructuras secundarias proteicas y suelen observarse como extensiones de las hélices α en sus extremos N o C. Debido a la tendencia de las hélices α a plegarse y desplegarse de forma consistente, se ha propuesto que la hélice _3₁₀ actúa como una conformación intermedia y proporciona información sobre el inicio del plegamiento de la hélice α.

Max Perutz , director del Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica de la Universidad de Cambridge , escribió el primer artículo que documentaba la esquiva hélice 3 _10. ^{[ 1 ]} Junto con Lawrence Bragg y John Kendrew , Perutz publicó en 1950 una exploración de las configuraciones de la cadena polipeptídica, basada en indicios de datos de difracción no cristalinos, así como de estructuras cristalinas de moléculas pequeñas, como las cristalinas que se encuentran en el cabello. ^{[ 2 ]} Sus propuestas incluían lo que ahora se conoce como la hélice 3 ₁₀ , pero no incluían los dos motivos estructurales más comunes que ahora se conocen. Al año siguiente, Linus Pauling predijo ambos motivos, la hélice alfa ^{[ 3 ]} y la lámina beta , ^{[ 4 ]} en un trabajo que ahora se compara en importancia ^{[ 1 ]} con la publicación de Francis Crick y James D. Watson sobre la doble hélice del ADN . ^{[ 5 ]} Pauling criticó duramente las estructuras helicoidales propuestas por Bragg, Kendrew y Perutz, adoptando un tono triunfal al declararlas todas inverosímiles. ^{[ 1 ] [ 3 ]} Perutz describe en su libro Ojalá te hubiera hecho enojar antes ^{[ 6 ]} la experiencia de leer el artículo de Pauling un sábado por la mañana:

El artículo de Pauling y Corey me dejó atónito. A diferencia de las hélices de Kendrew y la mía, la suya carecía de tensión; todos los grupos amida eran planos y cada grupo carbonilo formaba un enlace de hidrógeno perfecto con un grupo amino cuatro residuos más adelante en la cadena. La estructura parecía correcta. ¿Cómo pude haberla pasado por alto?

Más tarde ese día, a Perutz se le ocurrió una idea para un experimento que confirmara el modelo de Pauling, y corrió al laboratorio para llevarlo a cabo. En pocas horas, tenía la evidencia para confirmar la hélice alfa, la cual le mostró a Bragg a primera hora del lunes. ^{[ 1 ]} La confirmación de Perutz de la estructura de la hélice alfa se publicó en Nature poco después. ^{[ 7 ]} Los principios aplicados en el artículo de 1950 a las estructuras polipeptídicas teóricas, válidos para la hélice 3 ₁₀ , incluían: ^{[ 2 ]}

• Las cadenas se mantienen unidas mediante enlaces de hidrógeno entre los átomos de hidrógeno y oxígeno de diferentes aminoácidos, a través de enlaces amida (peptídicos) cercanos que se forman cuando los aminoácidos se condensan para formar la cadena polipeptídica. Estos enlaces forman estructuras helicoidales que no pueden desenrollarse sin romper los enlaces de hidrógeno.
• Aquellas estructuras en las que todos los grupos NH y CO disponibles están unidos por enlaces de hidrógeno son intrínsecamente más probables, porque presumiblemente su energía libre es menor.

La hélice 3 ₁₀ fue finalmente confirmada por Kendrew en su estructura de la mioglobina de 1958 , ^{[ 8 ]} y también se encontró en la determinación de la estructura de la hemoglobina de Perutz en 1960 ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} y en trabajos posteriores sobre sus formas desoxigenada ^{[ 12 ] [ 13 ]} y oxigenada. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

La hélice 3 ₁₀ es ahora conocida como la tercera estructura principal que se presenta en las proteínas globulares , después de la hélice α y la lámina β . ^{[ 16 ]} Son casi siempre secciones cortas, con casi el 96% que contiene cuatro o menos residuos de aminoácidos, ^{[ 17 ] : 44} aparecen en lugares como las "esquinas" donde las hélices α cambian de dirección en la estructura de la mioglobina, por ejemplo. ^{[ 8 ]} Se han observado secciones más largas, en el rango de siete a once residuos, en el segmento sensor de voltaje de los canales de potasio dependientes de voltaje en el dominio transmembrana de ciertas proteínas helicoidales. ^{[ 18 ]}

Los aminoácidos en una hélice 3 _{10 están dispuestos en una estructura} helicoidal dextrógira . Cada aminoácido corresponde a un giro de 120° en la hélice (es decir, la hélice tiene tres residuos por giro) y una traslación de 2,0 Å (0,20 nm) a lo largo del eje helicoidal, y tiene 10 átomos en el anillo formado por el enlace de hidrógeno. ^{[ 17 ] : 39} Lo más importante es que el grupo NH de un aminoácido forma un enlace de hidrógeno con el grupo C=O del aminoácido tres residuos antes; este enlace de hidrógeno repetido i + 3 → i define una hélice 3 _10. Estructuras similares incluyen la hélice α ( enlace de hidrógeno i + 4 → i ) y la hélice π ( enlace de hidrógeno i + 5 → i) . ^{[ 17 ] : 44–45 [ 19 ]}              

Los residuos en hélices 3 ₁₀ largas adoptan ángulos diedros ( φ , ψ ) cercanos a (−49°, −26°). Muchas hélices 3 ₁₀ en proteínas son cortas, por lo que se desvían de estos valores. En general, los residuos en hélices 3 ₁₀ largas adoptan ángulos diedros tales que la suma del ángulo diedro ψ de un residuo y el ángulo diedro φ del siguiente residuo es aproximadamente −75°. En comparación, la suma de los ángulos diedros para una hélice α es aproximadamente −105°, mientras que para una hélice π es aproximadamente −125°. ^{[ 17 ] : 45}  

La fórmula general para el ángulo de rotación Ω por residuo de cualquier hélice polipeptídica con isómeros trans viene dada por la ecuación: ^{[ 17 ] : 40}

${\displaystyle 3\cos \Omega =1-4\cos ^{2}\left({\frac {\varphi +\psi }{2}}\right)}$

y puesto que Ω  =  120° para una hélice 3 ₁₀ ideal , se deduce que φ y ψ deben estar relacionadas por:

${\displaystyle \cos \left({\frac {\varphi +\psi }{2}}\right)={\frac {\sqrt {10}}{4}},}$

consistente con el valor observado de φ  + ψ cerca de − 75°. ^{[ 17 ] : 44} 

Los ángulos diedros en la hélice 3 ₁₀ , en relación con los de la hélice α , podrían atribuirse a la corta longitud de estas hélices ( de 3 a 5 residuos, en comparación con los 10 a 12 residuos de sus hélices α contemporáneas). Las hélices 3 ₁₀ suelen surgir en transiciones, lo que da lugar a longitudes de residuos típicamente cortas que provocan desviaciones en la distribución de los ángulos de torsión de su cadena principal y, por lo tanto, irregularidades. Sus redes de enlaces de hidrógeno están distorsionadas en comparación con las hélices α , lo que contribuye a su inestabilidad, aunque la frecuente aparición de la hélice 3 ₁₀ en proteínas naturales demuestra su importancia en estructuras de transición. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

Mediante la investigación llevada a cabo por Mary Karpen, Pieter De Haseth y Kenneth Neet, ^{[ 21 ]} se descubrieron factores que contribuyen a la estabilidad parcial de las hélices 3 _{10. Estas hélices se estabilizan principalmente por un residuo de aspartato en el extremo} N- terminal no polar , que interactúa con el grupo amida en el extremo N- terminal helicoidal . Esta interacción electrostática estabiliza los dipolos peptídicos en una orientación paralela. Al igual que los enlaces de hidrógeno helicoidales contiguos que estabilizan las hélices α, los altos niveles de aspartato son igualmente importantes para la supervivencia de la hélice 3 _10. La alta frecuencia de aspartato tanto en la hélice 3 ₁₀ como en las hélices α indica su iniciación helicoidal, pero al mismo tiempo sugiere que favorece la estabilización de la hélice 3 ₁₀ al inhibir la propagación de las hélices α. ^{[ 21 ]}

• hélice alfa
• hélice pi
• estructura secundaria
• giro beta
• cinta de curvatura beta

• Una hélice 3 ₁₀ es un tipo de proteína secundaria." Bioquímica . Np, 20 oct. 2013. Web. 06 dic. 2015. < http://biochemistri.es/the-3-10-helix >.