ALPHA HELIX: STRUTTURA E IMPORTANZA FUNZIONALE - BIOLOGIA - 2024

L' alfa elica è la struttura secondaria più semplice che una proteina può adottare nello spazio in base alla rigidità e libertà di rotazione dei legami tra i suoi residui amminoacidici.

È caratterizzato dalla forma a spirale in cui sono disposti gli amminoacidi, che sembrano disposti attorno a un immaginario asse longitudinale con i gruppi R rivolti all'esterno di esso.

Diagramma della struttura alfa elica (Alejandro Porto, tramite Wikimedia Commons)

Le eliche alfa furono descritte per la prima volta nel 1951 da Pauling et al., Che usarono i dati disponibili su distanze interatomiche, angoli di legame e altri parametri strutturali di peptidi e amminoacidi per prevedere le configurazioni più probabili che le catene potevano assumere. polipeptidi.

La descrizione dell'alfa elica è nata dalla ricerca di tutte le possibili strutture in una catena peptidica stabilizzate da legami idrogeno, dove i residui erano stechiometricamente equivalenti e la configurazione di ciascuna era planare, come indicato dai dati di risonanza dei legami peptidici che erano disponibili fino ad oggi.

Questa struttura secondaria è la più comune tra le proteine ​​ed è adottata sia dalle proteine ​​solubili che dalle proteine ​​integrali di membrana. Si ritiene che più del 60% delle proteine ​​esista sotto forma di un'elica alfa o di un foglio beta.

Struttura

In generale, ogni giro di un'elica alfa ha una media di 3,6 residui di amminoacidi, che è di circa 5,4 Å di lunghezza. Tuttavia, gli angoli di svolta e le lunghezze variano da proteina a proteina con stretta dipendenza dalla sequenza amminoacidica della struttura primaria.

La maggior parte delle eliche alfa hanno una svolta a destra, ma ora è noto che possono esistere proteine ​​con eliche alfa con curve a sinistra. La condizione perché si verifichi l'uno o l'altro è che tutti gli amminoacidi siano nella stessa configurazione (L o D), poiché sono responsabili della direzione dello spin.

La stabilizzazione di questi importanti motivi strutturali per il mondo proteico è data dai legami idrogeno. Questi legami si verificano tra l'atomo di idrogeno attaccato all'azoto elettronegativo di un legame peptidico e l'atomo di ossigeno carbossilico elettronegativo dell'amminoacido quattro posizioni più avanti, nella regione N-terminale rispetto a se stesso.

Ogni giro dell'elica, a sua volta, è unito al successivo da legami idrogeno, essenziali per ottenere la stabilità complessiva della molecola.

Non tutti i peptidi possono formare eliche alfa stabili. Ciò è dato dalla capacità intrinseca di ciascun amminoacido nella catena di formare eliche, che è direttamente correlata alla natura chimica e fisica dei suoi gruppi R sostituenti.

Ad esempio, ad un certo pH, molti residui polari possono acquisire la stessa carica, quindi non possono essere posti consecutivamente in un'elica poiché la repulsione tra di loro implicherebbe una grande distorsione in essa.

Anche le dimensioni, la forma e la posizione degli amminoacidi sono determinanti importanti della stabilità elicoidale. Senza andare oltre, residui come Asn, Ser, Thr e Cys posizionati strettamente all'interno della sequenza potrebbero anche avere un effetto negativo sulla configurazione alfa elica.

Allo stesso modo, l'idrofobicità e l'idrofilia dei segmenti alfa elicoidali in un dato peptide dipendono esclusivamente dall'identità dei gruppi R degli amminoacidi.

Nelle proteine ​​integrali di membrana le alfa eliche abbondano di residui di forte carattere idrofobo, strettamente necessari per l'inserimento e la configurazione dei segmenti tra le code apolari dei fosfolipidi costituenti.

Le proteine ​​solubili, invece, hanno alfa eliche ricche di residui polari, che rendono possibile una migliore interazione con il mezzo acquoso presente nel citoplasma o negli spazi interstiziali.

Importanza funzionale

I motivi alfa elica hanno una vasta gamma di funzioni biologiche. I modelli di interazione specifica tra le eliche giocano un ruolo critico nella funzione, nell'assemblaggio e nell'oligomerizzazione sia delle proteine ​​di membrana che delle proteine ​​solubili.

Questi domini sono presenti in molti fattori di trascrizione, importanti dal punto di vista della regolazione dell'espressione genica. Sono presenti anche in proteine ​​con rilevanza strutturale e in proteine ​​di membrana che hanno funzioni di trasporto e / o trasmissione del segnale di varia natura.

Ecco alcuni classici esempi di proteine ​​con alfa eliche:

miosina

La miosina è un'ATPasi attivata dall'actina che è responsabile della contrazione muscolare e di una varietà di forme di mobilità cellulare. Sia le miosine muscolari che quelle non muscolari sono costituite da due regioni globulari o "teste" collegate tra loro da una lunga "coda" elicoidale alfa.

collagene

Un terzo del contenuto proteico totale del corpo umano è rappresentato dal collagene. È la proteina più abbondante nello spazio extracellulare e la sua caratteristica distintiva è un motivo strutturale composto da tre fili paralleli con una configurazione elicoidale sinistrorsa, che si uniscono a formare una tripla elica di senso destrogiro.

Cheratina

Le cheratine sono un gruppo di proteine ​​filamentose prodotte da alcune cellule epiteliali nei vertebrati. Sono il componente principale delle unghie, dei capelli, degli artigli, del guscio delle tartarughe, delle corna e delle piume. Parte della sua struttura fibrillare è costituita da segmenti di alfa elica.

Strutturazione della cheratina (Mlpatton, da Wikimedia Commons)

Emoglobina

L'ossigeno nel sangue viene trasportato dall'emoglobina. La porzione globinica di questa proteina tetramerica è costituita da due identiche alfa eliche di 141 residui ciascuna e due catene beta di 146 residui ciascuna.

Proteine ​​del tipo "dito di zinco"

Gli organismi eucarioti possiedono una grande ricchezza di proteine ​​del dito di zinco, che funzionano per diversi scopi: riconoscimento del DNA, confezionamento dell'RNA, attivazione trascrizionale, regolazione dell'apoptosi, ripiegamento delle proteine, ecc. Molte proteine ​​del dito di zinco hanno alfa eliche come componente principale della loro struttura e sono essenziali per la loro funzione.

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