Тройная спираль - Triple helix

Эта статья о биофизическом явлении. О концепции управления см. модель тройной спирали инноваций.
молекулярная модель тройной спирали коллагена
Тройная спираль коллагена - это тройная спираль, образованная из трех отдельных белковых спиралей, закрученных вокруг одной оси.

В полях геометрия и биохимия, а тройная спираль (множественное число тройные спирали) представляет собой набор из трех конгруэнтных геометрических спирали с тем же ось, отличающиеся перевод по оси. Это означает, что каждая из спиралей сохраняет одинаковое расстояние от центральной оси. Как и одиночная спираль, тройная спираль может характеризоваться своим шагом, диаметром и вращением. Примеры тройных спиралей включают триплекс ДНК,[1] триплекс РНК,[2] то коллагеновая спираль,[3] и коллагеноподобный белки.

Структура

Тройная спираль названа так потому, что состоит из трех отдельных спирали. Каждая из этих спиралей имеет одну и ту же ось, но они не занимают одно и то же пространство, потому что каждая спираль перемещается под углом вокруг оси. Как правило, идентичность тройной спирали зависит от типа спиралей, из которых она состоит. Например: тройная спираль, состоящая из трех нитей белка коллагена, является тройной спиралью коллагена, а тройная спираль, состоящая из трех нитей белка коллагена. ДНК представляет собой тройную спираль ДНК.

Как и в случае с другими типами спиралей, тройные спирали имеют правосторонность: правую или левую. Правая спираль движется вокруг своей оси по часовой стрелке от начала до конца. Левая спираль - это зеркальное отображение правой спирали, и она движется вокруг оси против часовой стрелки от начала до конца.[4] Начало и конец спиральной молекулы определяются на основе определенных маркеров в молекуле, которые нелегко изменить. Например: начало спирального белка - это его N конечная, а начало одной нити ДНК - это ее 5 'конец.[4]

В коллаген тройная спираль состоит из трех пептидов коллагена, каждый из которых образует собственную левостороннюю полипролиновую спираль.[5] Когда три цепи объединяются, тройная спираль принимает правую ориентацию. Пептид коллагена состоит из повторов Gly -X-Y, со вторым остатком (X) обычно Pro и третий (Y) представляет собой гидроксипролин.[6][5]

Тройная спираль ДНК состоит из трех отдельных цепей ДНК, каждая из которых ориентирована сахарным / фосфатным остовом на внешней стороне спирали и основаниями на внутренней стороне спирали. Основания - это часть молекулы, ближайшая к оси тройной спирали, а скелет - это часть молекулы, наиболее удаленная от оси. Третья цепь занимает большую бороздку относительно нормальной дуплексной ДНК.[7] Основания в триплексной ДНК расположены так, чтобы соответствовать Hoogsteen схема спаривания оснований.[8] Точно так же тройные спирали РНК образуются в результате образования одноцепочечной РНК водородных связей с дуплексом РНК; дуплекс состоит из спаривания оснований Уотсона-Крика, в то время как третья цепь связывается через спаривание оснований Хугстина.[9]

Стабилизирующие факторы

Тройная спираль коллагена имеет несколько характеристик, повышающих ее стабильность. Когда пролин включен в положение Y последовательности Gly-X-Y, он посттрансляционно модифицированный к гидроксипролин.[10] Гидроксипролин может вступать в благоприятные взаимодействия с водой, которая стабилизирует тройную спираль, поскольку остатки Y доступны для растворителя в структуре тройной спирали. Отдельные спирали также удерживаются вместе обширной сетью амидно-амидных водородных связей, образованных между нитями, каждая из которых вносит примерно -2 ккал / моль в общую свободную энергию тройной спирали.[5] Образование суперспирали не только защищает критические остатки глицина внутри спирали, но также защищает весь белок от протеолиза.[6]

Тройная спираль ДНК и РНК стабилизируются многими из тех же сил, которые стабилизируют двухцепочечные спирали ДНК. С нуклеотидными основаниями, ориентированными внутрь спирали, ближе к ее оси, основания участвуют в водородных связях с другими основаниями. Склеенные основания в центре не пропускают воду, поэтому гидрофобный эффект особенно важен для стабилизации тройных спиралей ДНК.[4]

Биологическая роль

Белки

Члены суперсемейства коллагена вносят основной вклад во внеклеточный матрикс. Тройная спиральная структура обеспечивает прочность и стабильность коллагеновых волокон, обеспечивая высокую устойчивость к растягивающим нагрузкам. Жесткость коллагеновых волокон является важным фактором, способным противостоять большинству механических нагрузок, что делает его идеальным белком для транспорта макромолекул и общей структурной поддержки всего тела.[6]

ДНК

Есть некоторые олигонуклеотидные последовательности, называемые образующими триплет. олигонуклеотиды (TFO), которые могут связываться с образованием триплекса с более длинной молекулой двухцепочечной ДНК; TFO могут инактивировать ген или способствовать возникновению мутаций.[7] TFO могут связываться только с определенными сайтами в более крупной молекуле, поэтому исследователи должны сначала определить, может ли TFO связываться с интересующим геном.

РНК

В последние годы биологическая функция триплексной РНК стала более изученной. Некоторые роли включают повышение стабильности, трансляцию, влияние на связывание лиганда и катализ. Одним из примеров влияния тройной спирали на связывание лиганда является SAM-II. рибопереключатель где тройная спираль создает сайт связывания, который однозначно принимает S-аденозилметионин (СЭМ ).[9] Рибонуклеопротеидный комплекс теломераза, ответственный за репликацию концов ДНК (теломеры ) также содержит триплексную РНК, которая, как считается, необходима для правильного функционирования теломеразы.[9][11] Тройная спираль на 3 'конце МАЛАТ1 служит для стабилизации РНК, защищая поли-А-хвост от протеолиза, а также повышает эффективность трансляции, что в конечном итоге пагубно для человека, поскольку MALAT1 связан со злокачественными новообразованиями рака легких.[9][12]

Рекомендации

  1. ^ Бернуес Дж, Азорин Ф (1995). «Трехцепочечная ДНК». Нуклеиновые кислоты и молекулярная биология. 9. Берлин, Гейдельберг: Springer. С. 1–21. Дои:10.1007/978-3-642-79488-9_1. ISBN  978-3-642-79490-2.
  2. ^ Буск Ф.А., Мэттик Дж. С., Бейли Т.Л. (май 2011 г.). «Возможные роли тройных спиралей нуклеиновых кислот in vivo». РНК Биология. 8 (3): 427–39. Дои:10.4161 / rna.8.3.14999. ЧВК  3218511. PMID  21525785.
  3. ^ Бэхингер HP (2005-05-03). Коллаген: праймер в структуре, обработке и сборке. Springer Science & Business Media. ISBN  9783540232728.
  4. ^ а б c Джон, Куриян (2012-07-25). Молекулы жизни: физические и химические принципы. Конфорти, Бояна, Веммер, Давид. Нью-Йорк. ISBN  9780815341888. OCLC  779577263.
  5. ^ а б c Плечи MD, Рейнс RT (2009). «Структура и стабильность коллагена». Ежегодный обзор биохимии. 78: 929–58. Дои:10.1146 / annurev.biochem.77.032207.120833. ЧВК  2846778. PMID  19344236.
  6. ^ а б c Фидлер А.Л., Будко С.П., Рокас А., Хадсон Б.Г. (апрель 2018 г.). «Тройная спираль коллагенов - древняя белковая структура, которая сделала возможным многоклеточность животных и эволюцию тканей». Журнал клеточной науки. 131 (7): jcs203950. Дои:10.1242 / jcs.203950. ЧВК  5963836. PMID  29632050.
  7. ^ а б Джайн А., Ван Г., Васкес К.М. (август 2008 г.). «Тройные спирали ДНК: биологические последствия и терапевтический потенциал». Биохимия. 90 (8): 1117–30. Дои:10.1016 / j.biochi.2008.02.011. ЧВК  2586808. PMID  18331847.
  8. ^ Duca M, Vekhoff P, Oussedik K, Halby L, Arimondo PB (сентябрь 2008 г.). «Тройная спираль: 50 лет спустя, результат». Исследования нуклеиновых кислот. 36 (16): 5123–38. Дои:10.1093 / nar / gkn493. ЧВК  2532714. PMID  18676453.
  9. ^ а б c d Конрад Н.К. (2014). «Возникающая роль тройных спиралей в биологии РНК». Междисциплинарные обзоры Wiley: РНК. 5 (1): 15–29. Дои:10.1002 / wrna.1194. ЧВК  4721660. PMID  24115594.
  10. ^ Бродский Б, Персиков А.В. (01.01.2005). «Молекулярная структура тройной спирали коллагена». Достижения в химии белков. 70: 301–39. Дои:10.1016 / S0065-3233 (05) 70009-7. ISBN  9780120342709. PMID  15837519.
  11. ^ Theimer CA, Blois CA, Feigon J (март 2005 г.). «Структура псевдоузла теломеразной РНК человека выявляет консервативные третичные взаимодействия, необходимые для функционирования». Молекулярная клетка. 17 (5): 671–82. Дои:10.1016 / j.molcel.2005.01.017. PMID  15749017.
  12. ^ Brown JA, Bulkley D, Wang J, Valenstein ML, Yario TA, Steitz TA, Steitz JA (июль 2014 г.). «Структурные сведения о стабилизации некодирующей РНК MALAT1 двойной тройной спиралью». Структурная и молекулярная биология природы. 21 (7): 633–40. Дои:10.1038 / nsmb.2844. ЧВК  4096706. PMID  24952594.