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Die Alpha-Helix (Biochemie)

1951
  • Linus Pauling
  • Robert Corey
  • Herman Branson
3D-Modell einer Alpha-Helix-Proteinstruktur in einem biochemischen Labor.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Die Alpha-Helix ([latex]\alpha[/latex]-Helix) ist ein häufiges Sekundärstrukturmotiv in Proteinen. Es handelt sich dabei um eine rechtshändige, gewundene Konformation, bei der jede N-H-Gruppe des Rückgrats eine Wasserstoffbrückenbindung an die C=O-Gruppe des Rückgrats der vier Reste vorher liegenden Aminosäure abgibt ([latex]i+4 \rightarrow i[/latex] Wasserstoffbrückenbindung). Durch dieses regelmäßige Muster wird die Polypeptidkette in eine Helixform gezogen.

Linus Pauling und seine Kollegen sagten die Existenz der Alpha-Helix bereits 1951 voraus, bevor Max Perutz sie experimentell detailliert in der Struktur des Myoglobins nachwies. Ihre Vorhersage basierte auf einem tiefen Verständnis der planaren Natur der Peptidbindung und die Prinzipien der Wasserstoffbrückenbindung. Sie bauten akribisch physikalische Modelle, um stabile Konformationen einer Polypeptidkette zu finden, die die Wasserstoffbrückenbindung maximierten und gleichzeitig sterische Beschränkungen berücksichtigten.

Die Alpha-Helix hat spezifische geometrische Eigenschaften: 3,6 Reste pro Windung, eine Steigung von 5,4 Å (0,54 nm) und Rückgrat-Dihedralwinkel ([latex]\phi, \psi[/latex]), die typischerweise bei (-60°, -45°) liegen. Die Seitenketten der Aminosäuren erstrecken sich von der Helixachse nach außen, so dass sie mit der Umgebung oder anderen Teilen des Proteins interagieren können. Bestimmte Aminosäuren, wie Alanin, Leucin und Methionin, gelten als ‘Helixbildner’, während andere, wie Prolin (dem ein N-H-Rückgrat für Wasserstoffbrückenbindungen fehlt und das einen starren Ring hat) und Glycin (das zu flexibel ist), ‘Helixbrecher’ sind. Die Entdeckung der Alpha-Helix und des Beta-Faltblattes lieferte die ersten grundlegenden Erkenntnisse darüber, wie sich eine einfache lineare Kette von Aminosäuren zu komplexen, stabilen und funktionellen dreidimensionalen Strukturen falten kann.

UNESCO Nomenclature: 2401
- Biochemie

Typ

Abstraktes System

Störung

Inkremental

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Röntgenbeugungsstudien von Faserproteinen wie Keratin von William Astbury
  • Verständnis der planaren Geometrie der Peptidbindung
  • Erläuterung der Prinzipien der Wasserstoffbrückenbindung durch Linus Pauling
  • Entwicklung physikalischer Molekülmodelle

Anwendungen

  • Verständnis der Struktur von Faserproteinen wie Keratin in Haar und Haut
  • Entwicklung von Alpha-Helix-Peptiden für antimikrobielle oder Krebstherapien
  • Modellierung von Transmembrandomänen von Proteinen, die oft alpha-helikal sind
  • Vorhersage und Validierung der Proteinstruktur
  • rationales Arzneimitteldesign mit Fokus auf alpha-helikale Protein-Protein-Interaktionsschnittstellen

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • designing ‘stapled peptides’ that lock a peptide into an alpha-helical shape to improve drug efficacy
  • Herstellung synthetischer Proteinfasern mit einstellbaren mechanischen Eigenschaften basierend auf alpha-helikalen Domänen
  • Entwicklung künstlicher Kanäle für Membranen unter Verwendung von Bündeln von Alpha-Helices
  • Entwicklung von Proteinen mit photoschaltbaren alpha-helikalen Domänen für die Optogenetik
  • designing coiled-coil protein systems for self-assembling nanomaterials
  • creating Impfungen based on stabilized alpha-helical epitopes of viral proteins
  • Entwicklung von Alpha-Helix-Mimetika als Inhibitoren von Protein-Protein-Interaktionen
  • Verwendung der Zirkulardichroismus-Spektroskopie zur Quantifizierung des Alpha-Helix-Gehalts von Proteinen zur Qualitätskontrolle
  • Entwicklung von Biosensoren, bei denen die Ligandenbindung einen Alpha-Helix-Übergang induziert
  • Entwicklung von Computertools zur Vorhersage helikaler Transmembransegmente aus Proteinsequenzen
Verwandt mit: Alpha-Helix, Protein-Sekundärstruktur, Linus Pauling, Wasserstoffbrückenbindung, Polypeptid, Konformation, Flächenwinkel, Keratin, Proteinstruktur, Molecular Modelling.

Historischer Kontext

Die Alpha-Helix (Biochemie)

1930
1940
1950
1951
1958
1960
1970
1930
1940
1950
1950
1954
1960
1967
1970

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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