hélice de poliprolina

Una hélice de poliprolina es un tipo de estructura secundaria de proteína que se presenta en proteínas que comprenden residuos de prolina repetidos . ^{[ 1 ]} Una hélice de poliprolina II levógira ( PPII , poli-Pro II, hélice κ ^{[ 2 ]} ) se forma cuando todos los residuos secuenciales adoptan ángulos diedros de la cadena principal (φ,ψ) de aproximadamente (-75°, 150°) y tienen isómeros trans de sus enlaces peptídicos . Esta conformación PPII también es común en proteínas y polipéptidos con otros aminoácidos además de la prolina. De manera similar, una hélice de poliprolina I dextrógira más compacta ( PPI , poli-Pro I ) se forma cuando todos los residuos secuenciales adoptan ángulos diedros de la cadena principal (φ,ψ) de aproximadamente (-75°, 160°) y tienen isómeros cis de sus enlaces peptídicos . De los veinte aminoácidos naturales más comunes , solo la prolina tiende a adoptar el isómero cis del enlace peptídico , específicamente el enlace peptídico X-Pro; en la mayoría de los demás enlaces peptídicos, los factores estéricos y electrónicos favorecen en gran medida el isómero trans . Sin embargo, los enlaces peptídicos que reemplazan la prolina con otro aminoácido N- sustituido (como la sarcosina ) también tienden a adoptar el isómero cis .

La hélice PPII se define por ángulos diedros de la cadena principal (φ,ψ) de aproximadamente (-75°, 150°) e isómeros trans de los enlaces peptídicos . El ángulo de rotación Ω por residuo de cualquier hélice polipeptídica con isómeros trans viene dado por la ecuación

${\displaystyle 3\cos \Omega =1-4\cos ^{2}\left[\left(\phi +\psi \right)/2\right]}$

La sustitución de los ángulos diedros (φ,ψ) de la poli-Pro II en esta ecuación produce casi exactamente Ω = -120°, es decir, la hélice PPII es una hélice levógira (ya que Ω es negativo) con tres residuos por vuelta (360°/120° = 3). El salto por residuo es de aproximadamente 3,1 Å. Esta estructura es algo similar a la adoptada en la proteína fibrosa colágeno , que está compuesta principalmente de prolina, hidroxiprolina y glicina . Las hélices PPII se unen específicamente a los dominios SH3 ; esta unión es importante para muchas interacciones proteína-proteína e incluso para las interacciones entre los dominios de una misma proteína.

La hélice PPII es relativamente abierta y carece de enlaces de hidrógeno internos , a diferencia de las estructuras secundarias helicoidales más comunes , como la hélice alfa y sus variantes, la hélice 3 ₁₀ y la hélice pi , así como la hélice β . Los átomos de nitrógeno y oxígeno de la amida están demasiado separados (aproximadamente 3,8 Å) y orientados incorrectamente para formar enlaces de hidrógeno. Además, en la prolina, ambos átomos actúan como aceptores de enlaces de hidrógeno ; la cadena lateral cíclica carece de un donador de enlaces de hidrógeno.

Los ángulos diedros de la cadena principal PPII (-75°, 150°) se observan frecuentemente en proteínas, incluso para aminoácidos distintos de la prolina . ^{[ 3 ]} El diagrama de Ramachandran está muy poblado en la región PPII, comparable a la región de la lámina beta alrededor de (-135°, 135°). Por ejemplo, los ángulos diedros de la cadena principal PPII se observan a menudo en giros , más comúnmente en el primer residuo de un giro β de tipo II. Los ángulos diedros de la cadena principal PPII "imagen especular" (75°, -150°) se ven raramente, excepto en polímeros del aminoácido aquiral glicina . El análogo de la hélice poli-Pro II en la poliglicina se llama hélice poli-Gly II . Algunas proteínas, como la proteína anticongelante de Hypogastrura harveyi, consisten en haces de hélices de poliglicina II ricas en glicina. ^{[ 4 ]} Esta notable proteína, cuya estructura 3D es conocida, ^{[ 5 ]} tiene espectros de RMN únicos y se estabiliza por dimerización y 28 enlaces de hidrógeno Cα-H··O=C. ^{[ 6 ]} La hélice PPII no es común en proteínas transmembrana , y esta estructura secundaria no atraviesa las membranas lipídicas en condiciones naturales. En 2018, un grupo de investigadores de Alemania observó experimentalmente la primera hélice PPII transmembrana formada por péptidos artificiales diseñados específicamente . ^{[ 7 ] [ 8 ]}

La hélice poli-Pro I es mucho más densa que la hélice PPII debido a los isómeros cis de sus enlaces peptídicos . También es menos frecuente que la conformación PPII porque el isómero cis tiene mayor energía que el trans . Sus ángulos diedros típicos (-75°, 160°) son similares, pero no idénticos, a los de la hélice PPII. Sin embargo, la hélice PPI es dextrógira y está más compacta, con aproximadamente 3,3 residuos por vuelta (en lugar de 3). El salto por residuo en la hélice PPI también es mucho menor, aproximadamente 1,9 Å. Nuevamente, no hay enlaces de hidrógeno internos en la hélice poli-Pro I, tanto porque carece de un átomo donador de enlaces de hidrógeno como porque los átomos de nitrógeno y oxígeno de la amida están demasiado distantes (aproximadamente 3,8 Å de nuevo) y orientados incorrectamente.

Tradicionalmente, se ha considerado que el PPII es relativamente rígido y se ha utilizado como una "regla molecular" en biología estructural, por ejemplo, para calibrar las mediciones de eficiencia FRET . Sin embargo, estudios experimentales y teóricos posteriores han puesto en duda esta imagen de un péptido de poliprolina como una "barra rígida". ^{[ 9 ] [ 10 ]} Estudios adicionales que utilizan espectroscopia de terahercios y cálculos de teoría funcional de la densidad destacaron que la poliprolina es, de hecho, mucho menos rígida de lo que se pensaba originalmente. ^{[ 11 ]} Las interconversiones entre las formas helicoidales PPII y PPI de la poliprolina son lentas, debido a la alta energía de activación de la isomerización cis-trans de X-Pro ( E _a ≈ 20 kcal/mol); sin embargo, esta interconversión puede ser catalizada por isomerasas específicas conocidas como prolil isomerasas o PPIasas. La interconversión entre las hélices PPII y PPI implica la isomerización del enlace peptídico cis-trans a lo largo de toda la cadena peptídica. Los estudios basados ​​en espectrometría de movilidad iónica revelaron la existencia de un conjunto definido de intermediarios a lo largo de este proceso. ^{[ 12 ]}

• proteína rica en prolina