Hélice en polyproline - Polyproline helix
Une hélice de polyproline est un type de structure secondaire de protéine qui se produit dans des protéines comprenant des résidus de proline répétés . Une hélice de polyproline II gaucher ( PPII , poly-Pro II ) est formée lorsque les résidus séquentiels adoptent tous des angles dièdres du squelette (φ, ψ) d'environ (-75 °, 150 °) et ont des isomères trans de leurs liaisons peptidiques . Cette conformation PPII est également courante dans les protéines et les polypeptides avec d'autres acides aminés en dehors de la proline. De même, une hélice de polyproline I ( PPI , poly-Pro I ) plus compacte se forme lorsque les résidus séquentiels adoptent tous des angles dièdres du squelette (φ, ψ) d'environ (-75 °, 160 °) et ont des isomères cis liaisons peptidiques . Parmi les vingt acides aminés naturels courants , seule la proline est susceptible d'adopter l' isomère cis de la liaison peptidique , en particulier la liaison peptidique X-Pro; les facteurs stériques et électroniques favorisent fortement l' isomère trans dans la plupart des autres liaisons peptidiques. Cependant, les liaisons peptidiques qui remplacent la proline par un autre acide aminé N- substitué (comme la sarcosine ) sont également susceptibles d'adopter l' isomère cis .
Hélice Polyproline II
L'hélice PPII est définie par des angles dièdres du squelette (φ, ψ) d'environ (-75 °, 150 °) et des isomères trans des liaisons peptidiques . L'angle de rotation Ω par résidu de toute hélice polypeptidique avec des isomères trans est donné par l'équation
![3 \ cos \ Omega = 1-4 \ cos ^ {{2}} \ left [\ left (\ phi + \ psi \ right) / 2 \ right]](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/289a67463099a87877ac9fca00daf052bb2edd9a)
La substitution des angles dièdres poly-Pro II (φ, ψ) dans cette équation donne presque exactement Ω = -120 °, c'est-à-dire que l'hélice PPII est une hélice gauche (puisque Ω est négatif) avec trois résidus par tour (360 ° / 120 ° = 3). La montée par résidu est d'environ 3,1 Â. Cette structure est quelque peu similaire à celle adoptée dans le collagène protéique fibreux , qui est composé principalement de proline, d' hydroxyproline et de glycine . Les hélices PPII sont spécifiquement liées par les domaines SH3 ; cette liaison est importante pour de nombreuses interactions protéine-protéine et même pour les interactions entre les domaines d'une seule protéine.
L'hélice PPII est relativement ouverte et n'a pas de liaison hydrogène interne , contrairement aux structures secondaires hélicoïdales plus courantes , l' hélice alpha et ses parents l' hélice 3 10 et l' hélice pi , ainsi que l' hélice β . Les atomes d'azote et d'oxygène de l'amide sont trop éloignés (environ 3,8 Â) et mal orientés pour la liaison hydrogène. De plus, ces atomes sont tous deux accepteurs de liaisons H dans la proline; il n'y a pas de donneur de liaison H en raison de la chaîne latérale cyclique.
Les angles dièdres du squelette PPII (-75 °, 150 °) sont fréquemment observés dans les protéines, même pour les acides aminés autres que la proline . La parcelle de Ramachandran est très peuplée dans la région PPII, comparativement à la région de la feuille bêta autour (-135 °, 135 °). Par exemple, les angles dièdres du squelette PPII sont souvent observés en spires , le plus souvent dans le premier résidu d'un β-spire de type II. Les angles dièdres du squelette PPII «image miroir» (75 °, -150 °) sont rarement observés, sauf dans les polymères de l' acide aminé achiral glycine . L'analogue de l'hélice poly-Pro II dans la poly-glycine est appelé hélice poly-Gly II . Certaines protéines, comme la protéine antigel d' Hypogastrura harveyi, sont constituées de faisceaux d'hélices polyglycine II riches en glycine. Cette protéine remarquable, dont la structure 3D est connue, possède des spectres RMN uniques et est stabilisée par dimérisation et 28 liaisons hydrogène Cα-H ·· O = C. L'hélice PPII n'est pas courante dans les protéines transmembranaires , et cette structure secondaire ne traverse pas les membranes lipidiques dans des conditions naturelles. En 2018, un groupe de chercheurs allemands a construit et observé expérimentalement la première hélice PPII transmembranaire formée par des peptides artificiels spécialement conçus .
Hélice Polyproline I
L'hélice poly-Pro I est beaucoup plus dense que l'hélice PPII en raison des isomères cis de ses liaisons peptidiques . Il est également plus rare que la conformation PPII car l' isomère cis a une énergie plus élevée que le trans . Ses angles dièdres typiques (-75 °, 160 °) sont proches, mais non identiques, de ceux de l'hélice PPII. Cependant, l'hélice PPI est une hélice à droite et plus étroitement enroulée, avec environ 3,3 résidus par tour (au lieu de 3). La montée par résidu dans l'hélice PPI est également beaucoup plus faible, environ 1,9 Â. Encore une fois, il n'y a pas de liaison hydrogène interne dans l'hélice poly-Pro I, à la fois parce qu'il manque un atome donneur de liaison H et parce que les atomes d'azote et d'oxygène de l'amide sont trop éloignés (environ 3,8 Å à nouveau) et mal orientés.
Propriétés structurelles
Traditionnellement, PPII a été considéré comme relativement rigide et utilisé comme une "règle moléculaire" en biologie structurale, par exemple, pour calibrer les mesures d'efficacité FRET . Cependant, des études expérimentales et théoriques ultérieures ont remis en question cette image d'un peptide polyproline en tant que «bâtonnet rigide». D'autres études utilisant la spectroscopie térahertz et les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité ont souligné que la polyproline est en fait beaucoup moins rigide qu'on ne le pensait à l'origine. Les interconversions entre les formes en hélice PPII et PPI de la poly-proline sont lentes, en raison de l'énergie d'activation élevée de l' isomérisation X-Pro cis-trans ( E a ≈ 20 kcal / mol); cependant, cette interconversion peut être catalysée par des isomérases spécifiques connues sous le nom de prolyl isomérases ou PPIases. L'interconversion entre les hélices PPII et PPI implique l' isomérisation de la liaison peptidique cis-trans le long de la chaîne peptidique entière. Des études basées sur la spectrométrie de mobilité ionique ont révélé l'existence d'un ensemble défini d'intermédiaires le long de ce processus.