Trippel helix

Kollagentrippelspiralen är en trippelspiral som bildas av tre separata proteinspiraler, som rör sig runt samma axel.

Inom områdena geometri och biokemi är en trippelspiral (plural trippelspiraler ) en uppsättning av tre kongruenta geometriska helixar med samma axel , som skiljer sig åt genom en translation längs axeln. Detta innebär att var och en av spiralerna håller samma avstånd från den centrala axeln. Som med en enkel helix kan en trippelspiral kännetecknas av dess stigning, diameter och handighet. Exempel på trippelspiraler inkluderar triplex-DNA , triplex- RNA , kollagenhelixen och kollagenliknande proteiner .

Strukturera

En trippelhelix heter sådan eftersom den består av tre separata helixar . Var och en av dessa spiraler delar samma axel, men de tar inte upp samma utrymme eftersom varje spiral är förskjuten vinkelmässigt runt axeln. Generellt sett beror identiteten på en trippelspiral på vilken typ av helix som den utgör. Till exempel: en trippelhelix gjord av tre strängar av kollagenprotein är en kollagen trippelspiral, och en trippelspiral gjord av tre strängar av DNA är en DNA-trippelspiral.

Som med andra typer av spiraler har trippelspiraler handenhet: högerhänta eller vänsterhänta. En högerhänt helix rör sig runt sin axel i medurs riktning från början till slut. En vänsterhänt helix är den högerhänta helixens spegelbild, och den rör sig runt axeln i motsols riktning från början till slut. Början och slutet av en spiralformad molekyl definieras utifrån vissa markörer i molekylen som inte ändras lätt. Till exempel: början av ett spiralformigt protein är dess N-ände , och början av en enkel DNA-sträng är dess 5'-ände .

Kollagentrippelhelixen är gjord av tre kollagenpeptider, som var och en bildar sin egen vänsterhänta polyprolinhelix. När de tre kedjorna kombineras antar trippelspiralen en högerhänt orientering. Kollagenpeptiden är sammansatt av upprepningar av Gly -XY, där den andra resten (X) vanligtvis är Pro och den tredje (Y) är hydroxiprolin.

En DNA-trippelhelix är uppbyggd av tre separata DNA-strängar, var och en orienterad med socker/fosfatryggraden på utsidan av helixen och baserna på insidan av helixen. Baserna är den del av molekylen som är närmast trippelhelixens axel, och ryggraden är den del av molekylen som är längst bort från axeln. Den tredje strängen upptar huvudspåret av relativt normalt duplex-DNA. Baserna i triplex-DNA är arrangerade för att matcha enligt ett Hoogsteen- basparningsschema. På liknande sätt bildas RNA-trippelspiraler som ett resultat av att ett enkelsträngat RNA bildar vätebindningar med en RNA-duplex; duplexet består av Watson-Crick basparning medan den tredje strängen binder via Hoogsteen basparning.

Stabiliserande faktorer

Kollagen trippelhelix har flera egenskaper som ökar dess stabilitet. När prolin införlivas i Y-positionen av Gly-XY-sekvensen modifieras den posttranslationellt till hydroxiprolin . Hydroxiprolinen kan ingå i gynnsamma interaktioner med vatten, vilket stabiliserar trippelspiralen eftersom Y-resterna är lösningsmedelstillgängliga i trippelspiralstrukturen. De individuella helixarna hålls också samman av ett omfattande nätverk av amid-amidvätebindningar som bildas mellan strängarna, som var och en bidrar med ungefär -2 kcal/mol till den totala fria energin i trippelspiralen. Bildandet av superhelixen skyddar inte bara de kritiska glycinresterna på det inre av helixen, utan skyddar också det totala proteinet från proteolys.

Trippelhelix-DNA och RNA stabiliseras av många av samma krafter som stabiliserar dubbelsträngade DNA-helixar. Med nukleotidbaser orienterade mot insidan av helixen, närmare dess axel, binder baser sig till vätebindning med andra baser. De bundna baserna i mitten utesluter vatten, så den hydrofoba effekten är särskilt viktig vid stabiliseringen av DNA-trippelspiraler.

Biologisk roll

Proteiner

Medlemmar av kollagen-superfamiljen är viktiga bidragsgivare till den extracellulära matrisen. Den tredubbla spiralformade strukturen ger styrka och stabilitet till kollagenfibrer genom att ge stor motståndskraft mot dragpåkänning. Styvheten hos kollagenfibrerna är en viktig faktor som kan motstå de flesta mekaniska påfrestningar, vilket gör det till ett idealiskt protein för makromolekylär transport och övergripande strukturellt stöd i hela kroppen.

DNA

Det finns några oligonukleotidsekvenser, kallade triplettbildande oligonukleotider (TFOs) som kan binda för att bilda en triplex med en längre molekyl av dubbelsträngat DNA; TFO:er kan inaktivera en gen eller hjälpa till att inducera mutationer. TFO:er kan bara binda till vissa platser i en större molekyl, så forskare måste först avgöra om en TFO kan binda till genen av intresse. Twisted interkalerande nukleinsyra används ibland för att förbättra denna process.

RNA

På senare år har den biologiska funktionen hos triplex RNA blivit mer studerad. Vissa roller inkluderar ökad stabilitet, translation, påverkan av ligandbindning och katalys. Ett exempel på att ligandbindning påverkas av en trippelhelix är i SAM-II- riboswitchen där trippelhelixen skapar ett bindningsställe som unikt accepterar S -adenosylmetionin ( SAM ). Ribonukleoproteinkomplexet telomeras , ansvarigt för att replikera svansändarna av DNA ( telomerer ) innehåller också triplex-RNA som tros vara nödvändigt för korrekt telomerasfunktion. Trippelspiralen vid 3'-änden av PAN- och MALAT1 -långt icke-kodande RNA tjänar till att stabilisera RNA:t genom att skydda Poly(A)-svansen från deadenylering, som sedan påverkar deras funktioner i viral patogenes och flera humana cancerformer. Dessutom kan RNA-trippelspiraler stabilisera mRNA genom bildning av en poly(A)-svans 3'-ände-bindande ficka.