Alfa hélice: estrutura e importância funcional - Ciência - 2023

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Alfa hélice: estrutura e importância funcional - Ciência
Alfa hélice: estrutura e importância funcional - Ciência

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o 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 em espiral em que os aminoácidos estão dispostos, que parecem estar dispostos em torno de um eixo longitudinal imaginário com os grupos R voltados para fora dele.

As hélices alfa foram descritas pela primeira vez em 1951 por Pauling et al., Que usou 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. polipeptídeos.

A descrição da hélice alfa surgiu da busca por 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 que estavam disponíveis até o momento.


Essa estrutura secundária é a mais comum entre as proteínas e é adotada tanto por proteínas solúveis quanto por proteínas integrais de 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 uma média de 3,6 resíduos de aminoácidos, que tem aproximadamente 5,4 Å de comprimento. No entanto, os ângulos e comprimentos das curvas variam de proteína para proteína com dependência estrita da sequência de aminoácidos da estrutura primária.

A maioria das hélices alfa tem giros para a direita, mas agora se sabe que podem existir proteínas com hélices alfa com giros para a esquerda. A condição para que um ou outro ocorra é que todos os aminoácidos estejam na mesma configuração (L ou D), pois são eles os responsáveis ​​pela direção do spin.

A estabilização desses importantes motivos 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 adiante, na região N-terminal em relação a si mesmo.


Cada volta da hélice, por sua vez, une-se à seguinte por ligações de hidrogênio, que são essenciais para alcançar a estabilidade geral da molécula.

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

Por exemplo, em um determinado pH, muitos resíduos polares podem adquirir a mesma carga, portanto não podem ser colocados consecutivamente em uma hélice, pois a repulsão entre eles implicaria em uma grande distorção na mesma.

O tamanho, formato e posição dos aminoácidos também são determinantes importantes da estabilidade helicoidal. Sem ir mais longe, resíduos como Asn, Ser, Thr e Cys posicionados em estreita proximidade dentro da sequência também podem ter um efeito negativo na configuração da hélice alfa.

Da mesma forma, a hidrofobicidade e hidrofilicidade dos segmentos alfa-helicoidais em um dado peptídeo dependem exclusivamente da identidade dos grupos R dos aminoácidos.


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

Já as proteínas solúveis possuem hélices alfa ricas em resíduos polares, o que possibilita uma melhor interação com o meio aquoso presente no citoplasma ou nos espaços intersticiais.

Importância funcional

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

Esses domínios estão presentes em diversos fatores de transcrição, importantes do ponto de vista da regulação da expressão gênica. 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:

Miosina

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

Colágeno

Um terço do conteúdo total de proteínas do corpo humano é representado pelo colágeno. É a proteína mais abundante no espaço extracelular e sua característica distintiva é um motivo estrutural composto por três fitas paralelas com configuração helicoidal canhota, que se unem para formar uma tripla hélice destra.

Queratina

As queratinas são um grupo de proteínas formadoras de filamentos produzidas por algumas células epiteliais dos vertebrados. São o principal componente das unhas, cabelos, garras, carapaça das tartarugas, chifres e penas. Parte de sua estrutura fibrilar é composta por segmentos de hélice alfa.

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 possuem uma grande riqueza de proteínas de dedo de zinco, que funcionam para diferentes fins: reconhecimento de DNA, empacotamento de RNA, ativação transcricional, regulação de apoptose, dobramento de proteínas, etc. Muitas proteínas de dedo de zinco têm hélices alfa como o principal componente de sua estrutura e que são essenciais para sua função.

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