Macromolecole Biologiche. I domini (III)

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1 I domini (III)

2 Domini α/β La cross over connection è l unità costitutiva su cui si basa la topologia di 3 tipi di domini α/β osservati nelle proteine: - α/β barrel - motivi ricchi di Leu (fold a ferro di cavallo) - α/β open sheet

3 Domini α/β Due cross over connection possono essere collegate in 2 modi diversi (tramite un α elica), per formare un foglietto β parallelo di 4 filamenti β. 1) Le α eliche stanno tutte da un lato del foglietto β parallelo. L ultimo filamento β della prima cross over connection è adiacente al primo filamento β della seconda cross over connection. I filamenti β sono nell ordine Impaccamento tipico degli α/β barrel e del fold a ferro di cavallo.

4 Domini α/β 2) Le α eliche stanno sui lati opposti del foglietto β parallelo. I primi filamenti β di ciascuna cross over connection sono adiacenti. I filamenti β sono nell ordine Impaccamento tipico degli α/β open sheet.

5 Domini α/β: α/β barrel Un α/β barrel è costituito da 8 filamenti β paralleli, posizionati in modo tale che il filamento β 8 sia adiacente e faccia legami idrogeno con quello 1. Di solito le cross over connection fra i filamenti β paralleli sono α eliche. In più c è un α elica dopo l ultimo filamento β. Esistono anche α/β barrel costituiti da 10 filamenti β paralleli. L α/β barrel è un tipo di dominio che coinvolge almeno 200 aminoacidi ed è tipico di molti enzimi. E chiamato anche TIM barrel dalla struttura dell enzima trioso fosfato isomerasi, dove fu osservato per la prima volta.

6 Domini α/β: α/β barrel Nell α/β barrel le catene laterali idrofobiche delle α eliche si impaccano con le catene laterali idrofobiche dei filamenti β. Le interazioni fra le α eliche e i filamenti β coinvolgono principalmente aminoacidi del tipo Val, Ile, Leu, che costituiscono circa il 40% degli aminoacidi che costituiscono i filamenti β del barile. Le altre catene laterali degli aminoacidi (in posizione 1, 3, 5, ) dei filamenti β sono rivolte verso l interno del barile e formano un core idrofobico strettamente impaccato. Tra le catene laterali ci sono anche Arg, Lys e Gln, che presentano un gruppo polare, rivolto verso le 2 estremità del barile, in modo da poter interagire con il solvente esterno.

7 Domini α/β: α/β barrel Tutti gli α/β barrel osservati nelle proteine conosciute hanno funzioni enzimatiche: isomerizzazione di piccole molecole di zucchero, trasferimento di gruppi fosfato, degradazione di zuccheri polimerici. In tutti gli α/β barrel il sito attivo si trova nella stessa posizione, in una tasca costituita dagli 8 loop che connettono l estremità C-terminale dei filamenti β con l estremità N-terminale delle α eliche. Gli aminoacidi che partecipano al legame del substrato e alla catalisi appartengono a queste regioni di loop.

8 Domini α/β: Fold a ferro di cavallo I filamenti β formano un foglietto β parallelo e tutte le α eliche sono su uno stesso lato del foglietto β. I filamenti β formano una struttura aperta ricurva, che ricorda un ferro di cavallo, con le α eliche sul lato esterno e il foglietto β che forma la parte interna del ferro di cavallo. Un lato del foglietto β si interfaccia con le α eliche, formando un core idrofobico, mentre l altro lato del foglietto β è esposto al solvente, caratteristica che gli altri motivi α/β non hanno.

9 Domini α/β: Fold a ferro di cavallo Domini ricchi di Leu (ripetizioni di sequenze omologhe di circa aminoacidi) sono stati identificati da studi di sequenze in oltre 60 diverse proteine, tra cui recettori, fattori di virulenza batterica, molecole di adesione cellulare, molecole coinvolte nella riparazione del DNA e nello splicing dell RNA. Queste sequenze omologhe contengono un pattern caratteristico di Leu, che gioca un importante ruolo strutturale e forma una struttura β-loop-α. Strutture β-loop-α sequenziali sono collegate fra loro in un modo analogo a quello osservato negli α/β barrel (tipo A) NH 2 -X-L-E-X-L-X-L-X-X-C-X-L-T-X-X-X-C-X-X-L-X-X-a-L-X-X-X-X- (tipo B) NH 2 -X-L-R-E-L-X-L-X-X-N-X-L-G-D-X-G-a-X-X-L-X-X-X-L-X-X-P-X-X- (a = aminoacido alifatico)

10 Domini α/β: Fold a ferro di cavallo Gli aminoacidi Leu, appartenenti alle 2 coppie di motivi ricchi di Leu, formano un core idrofobico fra il foglietto β e le α eliche. Gli aminoacidi Leu 2, 5 e 7 appartenenti al filamento β si impaccano con Leu 20 e 24 dell α elica, per formare la parte principale della zona idrofobica. Al core idrofobico contribuiscono anche Leu 12, appartenente al loop, e Leu 17, appartenente all α elica. L analisi di 500 coppie di sequenze ricche di Leu da 68 proteine diverse, ha mostrato che gli aminoacidi 17, 20 e 24 possono essere diversi da Leu ma sempre idrofobici, mentre Leu 2, 5, 7 e 12 sono invarianti.

11 Domini α/β: α/β open sheet Nell α/β open sheet le α eliche si trovano su entrambi i lati del foglietto β parallelo. Ciascun filamento β fornisce le catene laterali degli aminoacidi idrofobici per impaccarsi con le α eliche in 2 regioni idrofobiche, una per ciascun lato del foglietto β. In questo dominio α/β ci sono sempre 2 filamenti β (1 e 4 in figura) nella parte interna del foglietto β le cui connessioni al filamento β vicino sono sui lati opposti del foglietto β. Uno dei loop uscenti da uno dei filamenti β va sopra il foglietto β, mentre l altro loop va sotto.

12 Domini α/β: α/β open sheet Il punto in cui si ha l inversione del lato del foglietto β che viene coperto dalle α eliche è chiamato switch point. La zona dello switch point, all estremità C-terminale del foglietto β, definisce una tasca, in cui si trovano sempre i siti di legame di questa classe di proteine. Negli α/β open sheet non ci sono restrizioni geometriche sul numero dei filamenti β coinvolti: il numero varia da 4 a 10.

13 Domini: altro Alcune proteine presentano domini che non rientrano nella classificazione fatta in precedenza e quindi formano gruppi a parte. Alcuni esempi sono: - proteine costituite dalla combinazione di motivi α e β a formare un foglietto β antiparallelo impaccato contro un certo numero di α eliche. Strutture di questo tipo vengono classificate come appartenenti ad un quarto tipo di domini, chiamato α+β. - piccole proteine, ricche di ponti disolfuro o di ioni metallo. La presenza dei ponti disolfuro o degli ioni metallo sembra influenzi fortemente la struttura di queste proteine e spesso sembrano la versione distorta di proteine più regolari.