Бета-баррель - Beta barrel

18- прядная β-бочка. Бактериальная сахароза -специфического порина из S. Typhimurium . Он находится в мембране и позволяет сахарозе диффундировать. ( PDB : 1A0S )
8- прядная β-бочка. Человеческий ретинол-связывающий белок, связанный с ретинолом (витамином А) синим цветом. ( PDB : 1RBP )

В белковых структурах бета-баррель представляет собой бета-лист, состоящий из тандемных повторов, который скручивается и скручивается, образуя замкнутую тороидальную структуру, в которой первая цепь связана с последней цепью ( водородная связь ). Бета-нити во многих бета-барабанах расположены антипараллельно . Структуры бета-стволов названы из-за сходства с бочками, используемыми для хранения жидкостей. Большинство из них являются водорастворимыми белками и часто связывают гидрофобные лиганды в центре цилиндра, как в липокалинах . Другие покрывают клеточные мембраны и обычно встречаются в поринах . Пориновидные бочкообразные структуры кодируются 2–3% генов грамотрицательных бактерий.

Во многих случаях нити содержат чередующиеся полярные и неполярные ( гидрофильные и гидрофобные ) аминокислоты , так что гидрофобные остатки ориентированы внутрь цилиндра с образованием гидрофобного ядра, а полярные остатки ориентированы по направлению к внешней стороне цилиндра. ствол на поверхность, подверженную воздействию растворителя. Порины и другие мембранные белки, содержащие бета-бочки, меняют этот паттерн с гидрофобными остатками, ориентированными наружу, где они контактируют с окружающими липидами , и гидрофильными остатками, ориентированными в сторону водной внутренней поры.

Все бета-стволы можно классифицировать по двум целочисленным параметрам: количество нитей в бета-листе n и «число сдвига» S , меру смещения нитей в бета-листе. Эти два параметра (n и S) связаны с углом наклона бета-прядей относительно оси ствола.

Типы

Основной белок в моче мыши . Цилиндр образует связывающий карман для феромона мыши , 2-втор-бутил-4,5-дигидротиазола . ( PDB : 1MUP )

Вверх и вниз

Вверх-вниз цилиндры представляют собой простейшую цилиндрическую топологию и состоят из серии бета-цепей, каждая из которых связана водородными связями с цепями непосредственно перед и после нее в первичной последовательности .

Желе-ролл

Желе рулон сгиб или бочки, также известный как рулет, как правило , включает в себя восемь бета - нитей , расположенных в два-четыре скрученных листов. Соседние пряди вдоль последовательности чередуются между двумя листами, так что они «наматываются» в трех измерениях, образуя цилиндрическую форму.

Примеры

Порины

Основная статья: порин (белок)

Шестнадцати- или восемнадцатиточечные бета-цилиндрические структуры, расположенные вверх и вниз, встречаются в поринах, которые действуют как переносчики ионов и небольших молекул, которые не могут диффундировать через клеточную мембрану. Такие структуры появляются в наружных мембран из грам-отрицательных бактерий, хлоропластов и митохондрий . Центральная пора белка, иногда называемая глазком , выстлана заряженными остатками, расположенными так, что положительный и отрицательный заряды появляются на противоположных сторонах поры. Длинная петля между двумя бета-нитями частично перекрывает центральный канал; точный размер и форма петли помогают различать молекулы, проходящие через транспортер.

Препротеиновые транслоказы

Бета-бочки также функционируют в органеллах, происходящих от эндосимбионтов, таких как митохондрии и хлоропласты, для транспортировки белков. Внутри митохондрии существуют два комплекса с бета-барабанами, служащими порообразующей субъединицей, Tom40 транслоказы внешней мембраны и Sam50 механизма сортировки и сборки . Хлоропласт также имеет функционально похожие комплексы, содержащие бета-ствол, наиболее охарактеризованным из которых является Toc75 комплекса TOC (транслокон на внешней оболочке мембраны хлоропластов).

Липокалины

Основная статья: Липокалин

Липокалины обычно представляют собой восьмицепочечные бета-цилиндрические белки с восходящей и нисходящей цепью, которые секретируются во внеклеточную среду. Отличительной особенностью является их способность связывать и транспортировать небольшие гидрофобные молекулы в чашечке ствола . Примеры этого семейства включают ретинол-связывающие белки (RBP) и основные белки мочи (Mups). RBP связывает и транспортирует ретинол (витамин A), в то время как Mups связывает ряд небольших органических феромонов , включая 2-втор-бутил-4,5-дигидротиазол (сокращенно SBT или DHT), 6-гидрокси-6-метил-3 -гептанон (HMH) и 2,3-дигидро-экзобревикомин (DHB).

Число сдвига

Передний план
Вид справа (поворот на 90 °)
Вид сзади (поворот на 180 °)
Вид слева (поворот на 270 °)
Водородная связь в бета-листовых плитах GFP . Остатки помечены номером остатка и однобуквенным кодом аминокислоты . Только основные атомы бета-ствола показаны под каждым углом ствола, окрашенным от синего ( N-конец ) до красного ( C-конец ). ( PDB : 1RRX )

Из листа бумаги можно сформировать цилиндр, соединив противоположные стороны. Два края соединяются, образуя линию. Сдвиг можно создать, сдвинув два края параллельно этой линии. Точно так же бета-ствол может быть сформирован путем соединения краев бета-листа вместе, чтобы сформировать цилиндр. Если эти края смещены, возникает сдвиг.

Аналогичное определение встречается в геологии, где сдвиг относится к смещению внутри породы перпендикулярно поверхности породы. В физике величина смещения называется деформацией сдвига , которая измеряется в единицах длины. Для числа сдвига в барабанах смещение измеряется в единицах аминокислотных остатков.

Определение числа сдвига требует предположения, что каждая аминокислота в одной нити бета-листа соседствует только с одной аминокислотой в соседней нити (это предположение может не выполняться, если, например, присутствует бета-выпуклость ). Для иллюстрации S будет рассчитан для зеленого флуоресцентного белка . Этот белок был выбран потому, что бета-ствол содержит как параллельные, так и антипараллельные цепи. Чтобы определить, какие аминокислотные остатки являются соседними в бета-цепях, определяется расположение водородных связей.

Таблица для расчета числа сдвига . Порядок нитей в этом цилиндре (GFP): 1 6 5 4 9 8 7 10 11 3 2.

Межцепочечные водородные связи можно свести в таблицу. Каждый столбец содержит остатки одной нити (нить 1 повторяется в последнем столбце). Стрелки указывают водородные связи, которые были идентифицированы на рисунках. Относительное направление каждой пряди обозначено «+» и «-» в нижней части таблицы. За исключением нитей 1 и 6, все нити антипараллельны. Параллельное взаимодействие между нитями 1 и 6 объясняет различный вид рисунка водородных связей. (Некоторые стрелки отсутствуют, потому что не все ожидаемые водородные связи были идентифицированы. Нестандартные аминокислоты отмечены знаком "?") Боковые цепи, указывающие на внешнюю сторону цилиндра, выделены жирным шрифтом.

Если бы в этом цилиндре не было сдвига, то остаток 12 В, скажем, в пряди 1, должен оказаться в последней пряди на том же уровне, на котором он был начат. Однако из-за сдвига 12 В находится на другом уровне: оно на 14 остатков выше, чем оно было изначально, поэтому его число сдвига S равно 14.

Динамические особенности

Бета-бочки в белках могут совершать низкочастотное движение, подобное дыханию, что наблюдается с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния и анализируется с помощью модели квазиконтинуума. Для получения дополнительной информации о низкочастотных коллективных движениях в биомакромолекулах и их биологической функции см. Низкочастотные коллективные движения в белках и ДНК .

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки