Κεφάλαιο 5 Δομές β: Τρεις Κατηγορίες

Transcript

1 Κεφάλαιο 5 β-δομές

2 Κεφάλαιο 5 Δομές β: Τρεις Κατηγορίες Οι β-επικράτειες είναι οι δομές οι οποίες αποτελούν την δεύτερη μεγάλη ομάδα πρωτεϊνικών επικρατειών. Η ομάδα αυτή παρουσιάζει τη μεγαλύτερη ποικιλομορφία περιλαμβάνοντας ένζυμα, μεταφορικές πρωτείνες, αντισώματα, πρωτείνες της κυτταρικής επιφάνειας και του ιικού κελύφους. Οι β-κλώνοι είναι συνήθως αντιπαράλληλοι και διευθετούνται έτσι ώστε σχηματίζουν δύο πτυχωτέ επιφάνειες οι οποίες πακετάρονται η μία απέναντι στην άλλη. Οι β-πτυχωτές επιφάνειες παρουσιάζουν την συνηθισμένη συστροφή. Όταν δύο τέτοιες β- πτυχωτές επιφάνειες πακετάρονται σχηματίζουν μια δομή που μοιάζει με βαρέλι. Το εσωτερικό του βαρελιού περιέχει έναν πυρήνα από υδρόφοβα αμινοξέα των β-κλώνων. Υπάρχουν 3 κύριες κατηγορίες β-δομών πρωτεϊνών Τα Άνω-και-κάτω βαρέλια Τα μοτίβα τύπου Ελληνικό κλειδί. Τα jelly roll βαρέλια Όλα τα παραπάνω μοτίβα σχετίζονται διότι είναι παραλλαγές του τρόπου σύνδεσης αντιπαράλληλων β-κλώνων διευθετημένων σε μια δομή βαρελιού.

3 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: Ανω-και-κάτω βαρέλια Εικόνα 5.1 Το ένζυμο δισμουτάση του υπεροξειδίου (superoxide dismutase, SOD). (a) Η SOD είναι μία β-δομή που περιλαμβάνει οκτώ αντιπαράλληλους β-κλώνους. Επιπλέον, η SOD έχει δύο άτομα μετάλλου, ένα άτομο Cu και ένα άτομο Zn (κίτρινοι κύκλοι), τα οποία συμμετέχουν στην καταλυτική αντίδραση, στη μετατροπή δηλαδή μιας ρίζας υπεροξειδίου σε υπεροξείδιο του υδρογόνου και οξυγόνο. Οι οκτώ β-κλώνοι είναι τοποθετημένοι γύρω από την επιφάνεια ενός βαρελιού. Ο β-κλώνος 1 και ο 8 σταθεροποιούνται μέσω δεσμών-η. Όψη της δομής κατά μήκος του άξονα του βαρελιού στo (b) και κάθετα σε αυτόν τον άξονα στo (c)

4 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: Ανω-και-κάτω βαρέλια Εικόνα 5.2 Σχηματικό και τοπολογικό διάγραμμα ενός άνω-και-κάτω β-βαρελιού. Οι οκτώ β-κλώνοι είναι όλοι αντιπαράλληλοι μεταξύ τους και συνδέονται με βραχύς βρόχους. β-κλώνοι που είναι γειτονικοί στην αμινοξική αλληλουχία είναι επίσης γειτονικοί στην τρισδιάστατη δομή των άνω-και-κάτω βαρελιών.

5 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: Ανω-και-κάτω βαρέλια Εικόνα 5.3 Σχηματικό διάγραμμα της πρωτεΐνης (από ανθρώπινο ορό) που προσδένει ρετινόλη (RBP). Ηδομήείναι ένα άνω-και-κάτω β-βαρέλι. Οι οκτώ αντιπαράλληλοι β-κλώνοι συστρέφονται και καμπυλώνονται έτσι ώστε η δομή να μπορεί επίσης να θεωρηθεί ως δύο β- πτυχωτές επιφάνειες (πράσινο και μπλε) που πακετάρονται η μία απέναντι από την άλλη. Μερικοί από τους συστραμμένους β-κλώνους (κόκκινοι) συμμετέχουν και στις δύο β-πτυχωτές επιφάνειες. Ένα μόριο ρετινόλης (βιταμίνη Α, κίτρινο), προσδένεται στο εσωτερικό του βαρελιού, μεταξύ των δύο β- πτυχωτών επιφανειών, έτσι ώστε μόνο το υδρόφιλο μέρος του (μία ουρά OH) να βρίσκεται στην επιφάνεια του μορίου. Το τοπολογικό διάγραμμα αυτής της δομής είναι το ίδιο με αυτό της Εικόνας 5.2.

6 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: Ανω-και-κάτω βαρέλια Εικόνα 5.4 Ηθέση δέσμευσης της ρετινόλης μέσα στο βαρέλι της RBP απαρτίζεται από υδρόφοβα κατάλοιπα. Αυτά παρέχουν ένα υδρόφοβο περιβάλλον για το υδρόφοβο τμήμα του μορίου της ρετινόλης.

7 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: Ανω-και-κάτω βαρέλια Η β-δομή αντανακλάται στην αμινοξική ακολουθία. Εσωτρικά Αμινοξέα Εικόνα 5.5 Αμινοξική αλληλουχία των β-κλώνων 2, 3, 4 της πρωτεΐνης που προσδένει ρετινόλη στον ανθρώπινο ορό. Οι αλληλουχίες παρατίθενται κατά τέτοιον τρόπο, ώστε τα κατάλοιπα που στρέφονται στο εσωτερικό του βαρελιού να στοιχίζονται. Αυτά τα υδρόφοβα κατάλοιπα επισημαίνονται με βέλη και είναι χρωματισμένα με πράσινο. Τα υπόλοιπα κατάλοιπα εκτίθενται στο διαλύτη.

8 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: Δομή Νευραμινιδάσης Εικόνα 5.6 Σχηματικό και τοπολογικό διάγραμμα του μοτίβου αναδίπλωσης της νευραμινιδάσης από τον ιό της γρίπης. Το μοτίβο αποτελείται από τέσσερις αντιπαράλληλους β-κλώνους που συνδέονται μέσω βρόχων με αποτέλεσμα να σχηματίζεται μία άνω-καικάτω β-πτυχωτή επιφάνεια.

9 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: Υπομονάδα 6 μοτίβων Εικόνα 5.7 Ηδομήτηςυπομονάδας της κεφαλής της νευραμινιδάσης (κατάλοιπα ) από τον ιό της γρίπης αποτελείται από έξι παρόμοια, διαδοχικά μοτίβα τεσσάρων άνω-και-κάτω αντιπαράλληλων β-κλώνων (βλ. Εικόνα 5.6). Κάθε τέτοιο μοτίβο καλείται «πτερύγιο προπέλας» και ολόκληρη η δομή της υπομονάδας αναφέρεται ως μία «προπέλα έξι πτερυγίων». Τα μοτίβα συνδέονται με βρόχους από το β-κλώνο 4 του ενός μοτίβου στο β-κλώνο 1 του επόμενου μοτίβου. Το σχηματικό διάγραμμα (a) είναι μία προβολή του μορίου κάθετη στον (κατά προσέγγιση) άξονα συμμετρίας τάξεως 6 που συσχετίζει τα κέντρα των μοτίβων. Υπάρχουν τέσσερις τέτοιες (έξι πτερυγίων) υπομονάδες προπέλας σε κάθε πλήρες μόριο νευραμινιδάσης (βλ. Εικόνα 5.8). Στο τοπολογικό διάγραμμα (b) οκίτρινος βρόχος που συνδέει το N-τελικό β-κλώνο με 1 υπομονάδα 6 μοτίβων τον πρώτο β-κλώνο του μοτίβου 1 δεν είναι υπό κλίμακα. Στη διπλωμένη δομή έχει σχεδόν παρόμοιο μήκος με τους άλλους βρόχους που συνδέουν τα μοτίβα.

10 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: Υπερ-βαρέλι (4μερες υπομονάδων 6 μοτίβων) Εικόνα 5.8 Σχηματική κάτοψη ως προς τον άξονα τετραπλής συμμετρίας του τετραμερούς μορίου της νευραμινιδάσης, όπως εμφανίστηκε στο εξώφυλλο του Nature, 5 Μαΐου 1983.

11 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: Υπερ-βαρέλι (4μερες υπομονάδων 6 μοτίβων) Εικόνα 5.9 Τα έξι μοτίβα τεσσάρων κλώνων σε μία υπομονάδα της νευραμινιδάσης σχηματίζουν τα έξι πτερύγια μιας δομής που μοιάζει με προπέλα. (a) Σχηματικό διάγραμμα της υπομονάδας που παρουσιάζει τη δομή της προπέλας από το πλάι. Στο (b) απεικονίζεται μια εξιδανικευμένη δομή προπέλας, που παρουσιάζεται από το πλάι για να επισημανθεί η θέση του ενεργού κέντρου. Οι βρόχοι που συνδέουν τα μοτίβα (κόκκινοι στο b) σε συνδυασμό με τους βρόχους που συνδέουν τους κλώνους 2 και 3 μέσα στα μοτίβα (πράσινοι στο b) σχηματίζουν μία ευρύχωρη θήκη σε σχήμα χωνιού για το ενεργό κέντρο. [(a) Προσαρμοσμένη από τους P. Colman et al., Nature 326: , 1987.]

12 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: Ελληνικό κλειδί Γνωστός μέχρι σήμερα προσανατολισμός (n,n+3) (n,n-3) Εικόνα 5.10 Εξιδανικευμένα διαγράμματα του μοτίβου του τύπου Ελληνικό κλειδί. Αυτό το μοτίβο σχηματίζεται όταν μία από τις συνδέσεις των τεσσάρων αντιπαράλληλων β-κλώνων δεν είναι φουρκέτα. Το μοτίβο εμφανίζεται σε μία αντιπαράλληλη β-πτυχωτή επιφάνεια οκτώ κλώνων ή σε ένα βαρέλι όταν ο κλώνος n συνδέεται (a) με τον κλώνο n+3 ή (b) με τον n-3 (αντί των κλώνων n+1 ή n-1). Οι δύο διαφορετικές πιθανές συνδέσεις δημιουργούν δύο προσανατολισμούς στο μοτίβο του τύπου Ελληνικό κλειδί. Στις γνωστές μέχρι σήμερα πρωτεϊνικές δομές έχει παρατηρηθεί μόνο ο προσανατολισμός που φαίνεται στο (a).

13 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: γ-κρυσταλλίνη Εικόνα 5.11 Σχηματικό διάγραμμα του σκελετού της δομής της γ- κρυσταλλίνης που αποτελείται από μία πολυπεπτιδική αλυσίδα 170 αμινοξικών καταλοίπων. Το διάγραμμα δείχνει ότι η πολυπεπτιδική αλυσίδα είναι οργανωμένη σε δύο επικράτειες (μπλε και κόκκινο). Φαίνονται μόνο τα άτομα της κύριας αλυσίδας (Ν, C, Cα) και όχι οι πλευρικές ομάδες.

14 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: γ-κρυσταλλίνη Εικόνα 5.12 Σχηματικό διάγραμμα που δίνει έμφαση στη διαδρομή που ακολουθεί η πολυπεπτιδική αλυσίδα στη μία επικράτεια (η μπλε περιοχή στην Εικόνα 5.11) του μορίου της γ- κρυσταλλίνης. Η δομή της επικράτειας αποτελείται από δύο β- πτυχωτές επιφάνειες τεσσάρων αντιπαράλληλων β-κλώνων, ηεπιφάνεια1 αποτελείται από τους β-κλώνους 1, 2, 4 και 7, ενώ η επιφάνεια 2 από τους κλώνους 3, 5, 6 και 8.

15 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: γ-κρυσταλλίνη Εικόνα 5.13 Ένα προκαταρκτικό τοπολογικό διάγραμμα της δομής της μίας επικράτειας της γ-κρυσταλλίνης που παρουσιάζεται στην Εικόνα Φαίνεται ότι οι δύο β- πτυχωτές επιφάνειες είναι ξεχωριστές μέσα στην επικράτεια.

16 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: γ-κρυσταλλίνη Εικόνα 5.14 Σε αυτό το εξιδανικευμένο διάγραμμα, οι οκτώ β-κλώνοιτηςμίαςεπικράτειαςτης δομής της κρυσταλλίνης σχεδιάζονται κατά μήκος της επιφάνειας ενός βαρελιού. Από αυτό το διάγραμμα είναι προφανές πως οι β-κλώνοι είναι οργανωμένοι σε δύο μοτίβα του τύπου Ελληνικό κλειδί. Το ένα (κόκκινο) αποτελείται από τους κλώνους 1-4 και το άλλο (πράσινο) από τους κλώνους 5-8. Παρατηρήστε πως οι β-κλώνοι που σχηματίζουν το ένα μοτίβο του τύπου Ελληνικό κλειδί συμμετέχουν και στις δύο β-πτυχωτές επιφάνειες, οι οποίες παρουσιάζονται ευκρινέστερα στην Εικόνα 5.12.

17 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: γ-κρυσταλλίνη Εικόνα 5.15 (a) Σχηματικό διάγραμμα και (b) τοπολογικό διάγραμμα του μορίου της γ- κρυσταλλίνης. Οι δύο επικράτειες του πλήρους μορίου έχουν την ίδια τοπολογία. Καθεμία αποτελείται από δύο μοτίβα του τύπου Ελληνικό κλειδί που ενώνονται με ένα μικρό βρόχο. [(a) Προσαρμοσμένη από τους T. Blundell et al., Nature 289: , 1981.]

18 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: jelly roll Εικόνα 5.16 Διάγραμμα που δείχνει ένα κομμάτι σκοινί να τυλίγεται γύρω από ένα βαρέλι κατά τρόπο παρόμοιο με το πρότυπο αναδίπλωσης του μοτίβου jelly roll. Το σκοινί τυλίγεται γύρω από το βαρέλι, Ανεβαίνοντας και κατεβαίνοντας τεσσερις φορές,\διασχίζοντας μίαφοράτονπυθμένα και δύο φορές την κορυφή του βαρελιού

19 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: jelly roll

20 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: jelly roll Λωρίδα χαρτιού Εικόνα 5.17 Μια απλή απεικόνιση του τρόπου με τον οποίο οκτώ β-κλώνοι οργανώνονται σε ένα μοτίβο jelly roll. (a) Οι οκτώ β-κλώνοι είναι σχεδιασμένοι ως βέλη κατά μήκος των δύο ακμών μιας λωρίδας χαρτιού. Οι κλώνοι είναι τοποθετημένοι με τέτοιον τρόπο, ώστε ο κλώνος 1 να είναι απέναντι από τον κλώνο 8 κ.ο.κ. Οι β-κλώνοι χωρίζονται από βρόχους. (b) Ηλωρίδαχαρτιού(όπως φαίνεται στο (a)) είναι τυλιγμένη γύρω από ένα βαρέλι με τον ίδιο τρόπο όπως το σκοινί της Εικόνας 5.16, έτσι ώστε οι β-κλώνοι ν ακολουθούν την επιφάνεια του βαρελιού και οι βρόχοι (γκρι) να παρέχουν τις συνδέσεις και στις δύο άκρες του βαρελιού. Οι β-κλώνοι είναι πλέον διευθετημένοι σε ένα μοτίβο jelly roll.

21 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: jelly roll Εικόνα 5.18 Τοπολογικά διαγράμματα της δομής jelly roll. Χρησιμοποιείται ο ίδιος χρωματικός κώδικας, όπως και στην Εικόνα 5.17.

22 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: Δομή Αιμαγλουτινίνης Εικόνα 5.19 Σχηματική εικόνα μιας υπομονάδας της αιμαγλουτινίνης του ιού της γρίπης. Οι δύο πολυπεπτιδικές αλυσίδες HA1 και HA2 συγκρατούνται με δισουλφιδικές γέφυρες.

23 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: Δομή Αιμαγλουτινίνης Εικόνα 5.20 Σχηματικό διάγραμμα της δομής μιας υπομονάδας της αιμαγλουτινίνης από τον ιό της γρίπης. Η δομή περιλαμβάνει περίπου 550 αμινοξέα, διευθετημένα σε δύο αλυσίδες HA1 (κόκκινο) και HA2 (μπλε). Το πρώτο μισό κάθε αλυσίδας έχει ένα πιο ανοιχτό χρώμα στο διάγραμμα. Η υπομονάδα έχει επίμηκες σχήμα και περιλαμβάνει μία μακριά περιοχή που μοιάζει με μίσχο και αποτελείται από κατάλοιπα και των δύο αλυσίδων. Η περιοχή αυτή περιλαμβάνει μία από τις μεγαλύτερες α-έλικες που είναι γνωστές σε σφαιρική δομή, μήκους περίπου 75 Å. Η σφαιρική κεφαλή αποτελείται αποκλειστικά από κατάλοιπα της HA1. (Ευγενική παραχώρηση του Don Wiley, Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ.)

24 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: Δομή Αιμαγλουτινίνης Εικόνα 5.21 Το μόριο της αιμαγλουτινίνης σχηματίζεται από τρεις υπομονάδες. Καθεμία από αυτές τις υπομονάδες είναι αγκυροβολημένη στη μεμβράνη του ιού της γρίπης. Οι σφαιρικές κεφαλές περιέχουν τις θέσεις δέσμευσης των καταλοίπων σιαλικού οξέος της επιφάνειας των ευκαρυωτικών κυττάρων. Το κύριο μέρος της μεσεπιφάνειας μεταξύ των υπομονάδων σχηματίζεται από τις τρεις μακριές, περιελιγμένες έλικες, μία από κάθε υπομονάδα. (Προσαρμοσμένη από τους Ι. Wilson et al., Nature 289: , 1981.)

25 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: Δομή Αιμαγλουτινίνης Προκειμένου να αρχίσει την μόλυνση η αιμαγλουτινίνη του ιού προσδένεται στα κατάλοιπα σιαλικού οξέος των γλυκοζυλιωμένων πρωτεϊνικών υποδοχέων στην επιφάνεια του κυττάρου-στόχου. Εικόνα 5.22 Ο χημικός τύπος του σιαλικού οξέος (α-5-n-ακετυλ-νευραμινικό οξύ) είναι σχεδιασμένος με τον ίδιο περίπου προσανατολισμό με τα σκελετικά μοντέλα (ball and stick) της Εικόνας Τα R1 και R2 (που είναι άτομα H στο σιαλικό οξύ) δηλώνουν υποκαταστάτες που έχουν εισαχθεί προκειμένου να σχεδιαστούν ισχυρά προσδενόμενοι αναστολείς. Αυτοί είναι μεγάλοι και υδρόφοβοι, όπως φαίνεται στην Εικόνα 5.24.

26 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: Δομή Αιμαγλουτινίνης Εικόνα 5.23 (a) Η σφαιρική κεφαλή της υπομονάδας της αιμαγλουτινίνης είναι μία παραμορφωμένη jelly roll δομή (a). Οβ-κλώνος 1 περιέχει μία μεγάλου μήκους προσθήκη και ο β-κλώνος 8 περιέχει μία διόγκωση στην αντίστοιχη θέση. Για το λόγο αυτό, καθένας από τους δύο κλώνους υποδιαιρείται σε μικρότερους β-κλώνους. Οβρόχος μεταξύ των β-κλώνων 3 και 4 περιέχει μία μικρή α-έλικα, η οποία σχηματίζει τη μία πλευρά της θέσης πρόσδεσης του υποδοχέα (κίτρινος κύκλος). (b) Σχηματικό διάγραμμα που δείχνει την οργάνωση των β-κλώνων σε ένα jelly roll μοτίβο.

27 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: Δομή Αιμαγλουτινίνης Εικόνα 5.24 Χωροπληρωτικό μοντέλο (πράσινο) της επικράτειας της αιμαγλουτινίνης που προσδένει σιαλικό οξύ. Ένας αναστολέας είναι προσδεδεμένος (κόκκινο), ενώ φαίνονται και οι διάφορες αύλακες πρόσδεσης. Το σιαλικό οξύ του αναστολέα προσδένεται στην κεντρική αύλακα. Ένας μεγάλος υδρόφοβος υποκαταστάτης, ο R1 (προσδεδεμένος στη θέση C2 του σιαλικού οξέος), δεσμεύεται σε ένα υδρόφοβο κανάλι που ξεκινά από την κεντρική αύλακα και καταλήγει στο κατώτατο σημείο της επικράτειας. (Προσαρμοσμένη από τους S. J. Watowich et al., Structure 2: , 1994.)

28 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: Δομή Αιμαγλουτινίνης Εικόνα 5.25 Σχηματικά διαγράμματα της δομής ενός τμήματος της αιμαγλουτινίνης που έχει προκύψει από πρωτεόλυση σε χαμηλό ph (στο οποίο το μόριο προκαλεί σύντηξη μεμβρανών). (a) Τα κατάλοιπα της πολυπεπτιδικής αλυσίδας HA2 (πράσινο) σχηματίζουν μία α-έλικα μήκους 100 Å που ξεκινά από το Ν-άκρο, ακολουθείται από ένα βρόχο, μία β-φουρκέτα και τελικά μία μικρή καρβοξυτελική α-έλικα. Επιπλέον, το διάγραμμα περιλαμβάνει ένα β-κλώνο από την πολυπεπτιδική αλυσίδα HA1 (γκρι), οοποίος συμμετέχει μαζί με τη β-φουρκέτα στο σχηματισμό μιας αντιπαράλληλης β-επιφάνειας τριών κλώνων. (b) Το πρωτεολυτικό τμήμα τριμερίζεται όπως το ακέραιο μόριο της αιμαγλουτινίνης. Οι τρεις μακριές α-έλικες των τριών υπομονάδων περιπλέκονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα σπειραμένο σπείραμα τριών ελίκων. (Προσαρμοσμένη από τους P. A. Bullough et al., Nature 371: 37-43, 1994.)

29 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: Δομή Αιμαγλουτινίνης Εικόνα 5.26 Σχηματικό διάγραμμα που παρουσιάζει τις μεγάλες διαφορές της στερεοδιάταξης μεταξύ των μορφών υψηλού και χαμηλού ph της αιμαγλουτινίνης. Ο βρόχος Β (μπλε) στη μορφή υψηλού ph μετατρέπεται σε μία α-έλικα στη μορφή χαμηλού ph. Σχηματίζεται, έτσι, μία συνεχής έλικα μήκους 100 Å που αποτελείται από τις περιοχές Α (κόκκινο), Β (μπλε) και C (κίτρινο). Eπιπλέον, τα κατάλοιπα , που στη μορφή του υψηλού ph βρίσκονται στο μέσο της έλικας C-D, σχηματίζουν ένα βρόχο στη μορφή χαμηλού ph, αναγκάζοντας την έλικα D (πράσινο) να οδηγηθεί σε μία πολύ διαφορετική θέση. Συνεπώς, ηβ-φουρκέτα Ε-F, η καρβοξυτελική έλικα G, καθώςεπίσηςκαιοβκλώνος Ι από την HA1 καταλαμβάνουν πολύ διαφορετικές θέσεις στις δύο μορφές, παρ όλο που έχουν την ίδια εσωτερική δομή. Η τεθλασμένη γραμμή μεταξύ των β-κλώνων F καιιδηλώνειτοδεσμόs-s που ενώνει την HA1 με την HA2. (Προσαρμοσμένη από τους P. A. Bullough et al., Nature 371: 37-43, 1994.) Protein Structure - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2007

30 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: Δομή Αιμαγλουτινίνης Εικόνα 5.27 Σχηματική αναπαράσταση ενός μοντέλου που εξηγεί το πώς οι αλλαγές διαμόρφωσης της αιμαγλουτινίνης φέρνουν, σε χαμηλό ph, το πεπτίδιο σύντηξης στο ίδιο άκρο τουμορίουμετηθέσηπρόσδεσης του υποδοχέα. Στη μορφή υψηλού ph, το πεπτίδιο σύντηξης (μοβ) βρίσκεται στο άκρο της έλικας Α, περίπου 100 Å μακριά από τη θέση πρόσδεσης του υποδοχέα. Στη δομή του τμήματος χαμηλού ph, αυτή η περιοχή της έλικας Α έχει μετακινηθεί περίπου 100 Å προς την περιοχή που αναμένεται να είναι οι θέσεις πρόσδεσης του υποδοχέα στο ακέραιο μόριο της αιμαγλουτινίνης. (Προσαρμοσμένη από τον D. Stuart, Nature 371: 19-20, 1994.) Protein Structure - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2007

31 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: β-έλικα δύο & τριών επιφανειών β-κλώνος - βρόχος β-κλώνος - βρόχος. Βρόγχος, 6 αμ.οξ. Κλώνος 3 αμ.οξ. Εικόνα 5.28 Σχηματικά διαγράμματα της β- έλικας δύο επιφανειών. Τρεις πλήρεις στροφές της έλικας παρουσιάζονται στο (a). Οι δύο παράλληλες β-πτυχωτές επιφάνειες είναι χρωματισμένες με πράσινο και κόκκινο, ενώοιβρόχοιπουσυνδέουντουςβ-κλώνους είναι κίτρινοι. (b) Κάθε δομική μονάδα αποτελείται από 18 κατάλοιπα που συγκροτούν μία δομή β-κλώνος - βρόχος - β- κλώνος - βρόχος. Κάθε βρόχος περιέχει έξι κατάλοιπα της αλληλουχίας Gly-Gly-X-Gly-X- Asp, όπου το Χ είναι ένα οποιοδήποτε κατάλοιπο. Ιόντα ασβεστίου προσδένονται και στις δύο περιοχές βρόχων. (Προσαρμοσμένη από τους F. Junkak et al., Curr. Opin. Struct. Biol. 4: , 1994.) Protein Structure - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2007

32 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: β-έλικα δύο & τριών επιφανειών Εικόνα 5.29 Σχηματικά διαγράμματα μιας β-έλικας τριών επιφανειών. (a) Οι τρεις επιφάνειες των παράλληλων β-κλώνων είναι χρωματισμένες με πράσινο, μπλε και κίτρινο. Επτά πλήρεις στροφές παρουσιάζονται σε αυτό το διάγραμμα, αλλά ο αριθμός των στροφών ποικίλλει στις διαφορετικές δομές. Δύο από τις β-πτυχωτές επιφάνειες (η μπλεκαι ηκίτρινη) είναι παράλληλες μεταξύ τους και κάθετες στην τρίτη (πράσινη). (b) Κάθε δομική μονάδα αποτελείται από τρεις κλώνους συνδεδεμένους με τρεις βρόχους (που στην Εικόνα αναφέρονται ως a, b και c). Οβρόχοςa (κόκκινος) αποτελείται συστηματικά από δύο μόνο κατάλοιπα, ενώ οι άλλοι δύο βρόχοι ποικίλλουν σε μήκος. (Προσαρμοσμένη από τους F. Jurnak et al., Curr. Opin. Struct. Biol. 4: , 1994.) Protein Structure - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2007

33 Κεφάλαιο 5 Δομές Τύπου β: β-έλικα δύο & τριών επιφανειών Εικόνα 5.30 Σχηματικά διαγράμματα της δομής του ενζύμου πολυγαλακτουρονάση C, το οποίο έχει μία τοπολογία β-έλικας τριών παράλληλων επιφανειών. (a) Εξιδανικευμένο διάγραμμα που επισημαίνει την ελικοειδή φύση του σκελετού της πολυπεπτιδικής αλυσίδας ο οποίος αποτελείται από οκτώ ελικοειδείς στροφές. Οι περιοχές με τελείες δηλώνουν τις θέσεις όπου μεγάλοι εξωτερικοί βρόχοι έχουν αφαιρεθεί για μεγαλύτερη σαφήνεια. (b) Διάγραμμα της πολυπεπτιδικής αλυσίδας. Τα Protein Structure - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2007 κυρίαρχα στοιχεία δευτεροταγούς δομής είναι τρεις παράλληλες β-πτυχωτές επιφάνειες που είναι χρωματισμένες με πράσινο, μπλε και κίτρινο. Κάθε β- πτυχωτή επιφάνεια αποτελείται από 7-10 παράλληλους β- κλώνους με μέσο μήκος τεσσάρων έως πέντε καταλοίπων σε κάθε κλώνο. Οι μικροί βρόχοι μήκους δύο καταλοίπων φαίνονται με κόκκινο.

34 Κεφάλαιο 5 Δομές β: Τρεις Κατηγορίες Οι β-επικράτειες είναι οι δομές οι οποίες αποτελούν την δεύτερη μεγάλη ομάδα πρωτεϊνικών επικρατειών. Υπάρχουν 3 κύριες κατηγορίες β-δομών πρωτεϊνών οι οποίοι χαρακτηριζόνται ανάλογα με την τοπολογία/σύνδεση των β-κλώνων. Τα Άνω-και-κάτω βαρέλια (α) κάθε κλώνος συνδέεται με τον επόμενο μέσω μιρκού βρόγχου (β) οκτώ κλώνοι με αυτή την οργάνωση σχηματίζουν έναν πυρήνα, ένα βαρέλι όπου ο κλώνος 1 έρχεται γειτονικά με τον κλώνο 8 και η δομή σταθεροποιείται μέσω δεσμών-η (γ) στην Ρ2 οικογένεια η δομή ανω-και-κάτω βαρέλι αποτελείται από 10 κλώνους. Τα μοτίβα τύπου Ελληνικό κλειδί. Τα jelly roll βαρέλια Οι β-έλικες, οι οποίες σχηματίζονται είτε από 2 κλώνους (έλικες δύο επιφανειών του τύπου κλώνος{3αμ.οξ.}-βρόγχος{6αμ.οξ.}-κλώνος-βρόγχος) είτε από 3 κλώνους (έλικες τριών επιφανειών όπου ο πρώτος βρόγχος αποτελείται από 2 αμ.οξ. Ενώ οι άλλοι δύο ποικίλουν σημανικά και συνήθως αποτελούνται από περισσότερα από 2 αμινοξέα).