Language
Country/Area
No result found
Скрытые структуры в клетках: как сопряженные спирали управляют биологическими функциями?
В процессе жизнедеятельности взаимодействие между молекулами является краеугольным камнем функционирования организмов. Среди них конъюгированная спираль — поразительный структурный мотив, присутствующий примерно в 5–10 % белков. Эта структура состоит из 2–7 альфа-спиралей, скрученных вместе, как веревка. Эти спирали не только обеспечивают стабильность, но и играют важную роль в регуляции экспрессии генов и других биологических функций.
Сопряженный спиральный мотив позволяет многим белкам взаимодействовать друг с другом и образовывать сложные клеточные структуры.
Открытие сопряженной спирали
Концепция сопряженной спирали была впервые предложена независимо друг от друга Лайнусом Полингом и Фрэнсисом Криком. Летом 1952 года Полинг посетил лабораторию Крика. Двое ученых обсудили множество тем, и Крик неожиданно спросил Полинга, рассматривал ли он когда-нибудь термин «сопряженная спираль». Полин сказал, что он думал об этом, и этот разговор побудил его продолжить углубленное изучение темы после возвращения в Соединенные Штаты и представить большую статью в журнал Nature.
Статья Крика, хотя и короче, появилась раньше статьи Полинга, вызвав споры в научном сообществе.
После многочисленных обсуждений и дискуссий лаборатория Крика наконец подтвердила, что идея была независимо выдвинута двумя учеными и что никакой кражи интеллектуальной собственности не произошло. Вклад Крика состоял в том, что он предложил концепцию «сопряженной спирали» и математический метод определения ее структуры.
Молекулярная структура
Сопряженная спираль обычно состоит из повторяющегося рисунка (hxxhcxc) гидрофобных (h) и заряженных (c) аминокислотных остатков, известного как гептадный повтор. В этом повторе позиции обозначены как abcdefg, где a и d — гидрофобные позиции водорода, обычно занимаемые изолейцином, лейцином или валином. Когда последовательность имеет повторяющийся рисунок и сворачивается во вторичную альфа-спиральную структуру, гидрофобные остатки водорода появляются в виде «полосы», обвивающейся вокруг спирали, образуя амфипатическую структуру.
Взаимодействие между сопряженными спиралями обеспечивает термодинамическую движущую силу для образования полимеров.
Биологические эффекты
Сопряженные спирали в основном используются для обеспечения взаимодействия между белками, помогая белкам или доменам соединяться друг с другом. Это свойство имеет решающее значение для различных биологических функций, включая слияние мембран, молекулярное распределение и функции, связанные с подвижностью везикул.
Слияние мембран
Сопряженный спиральный домен играет важную роль в ВИЧ-инфекции. Когда вирус проникает в CD4-положительную клетку, гликопротеин gp120 связывается с рецептором CD4 и основным рецептором. На этом этапе gp120 и gp41 образуют тройной комплекс и в конечном итоге направляют слияние вируса и клеточной мембраны посредством механизма конъюгации. Последовательность N-концевого пептида слияния gp41 фиксируется в клетке-хозяине для достижения слияния. Недавно были разработаны ингибиторы на основе региона HR2 — Фузеон, которые противодействуют этому процессу, стремясь снизить способность ВИЧ к инфицированию.
Как молекулярный спейсер
Сопряженный спиральный мотив также может служить разделителем между объектами внутри клеток. Длина этих молекулярных спейсеров, сопряженных спиральных доменов, сохраняется, и, что особенно важно, они предотвращают взаимодействия между белковыми доменами. Например, типичным примером является белок Omp-α, который поддерживает расстояние между компонентами посредством сопряженных спиралей.
Дизайн и применение
Сопряженные спирали предлагают дизайнерское решение проблемы сворачивания белка. Изучая сопряженную спираль GCN4, ученые создали грамматику, которая может эффективно предсказывать олигомерное состояние на основе аминокислотной последовательности. Это позволяет использовать сопряженные спирали при синтезе наноструктур, тем самым способствуя разработке новых систем доставки лекарств.
Используя функциональность сопряженных спиралей, ученые разрабатывают более точные механизмы доставки лекарств для повышения эффективности терапии.
Благодаря глубокому изучению структуры сопряженной спирали ее потенциал применения в таких областях, как медицина, биоинженерия и нанотехнологии, несомненно, будет продолжать расширяться в будущем. Как мы можем использовать эту загадочную структуру, чтобы изменить наше понимание того, как устроена жизнь?
