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La hélice alfa (bioquímica)

1951
  • Linus Pauling
  • Robert Corey
  • Herman Branson
Modelo 3D de la estructura de una proteína de hélice alfa en un laboratorio de bioquímica.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

La hélice alfa (hélice [latex]\alpha[/latex]) es un motivo de estructura secundaria común en las proteínas. Se trata de una conformación en espiral derecha en la que cada grupo N-H de la espina dorsal dona un enlace de hidrógeno al grupo C=O de la espina dorsal del aminoácido situado cuatro residuos antes (enlace de hidrógeno [latex]i+4 \rightarrow i[/latex]). Este patrón regular da a la cadena polipeptídica una forma helicoidal.

Linus Pauling y sus colegas predijeron la existencia de la hélice alfa en 1951 antes de que Max Perutz la observara experimentalmente en detalle en la estructura de la mioglobina. Su predicción se basó en una comprensión profunda de la naturaleza planar de la enlace peptídico y los principios de los enlaces de hidrógeno. Construyeron meticulosamente modelos físicos para encontrar conformaciones estables de una cadena polipeptídica que maximizaran los enlaces de hidrógeno respetando las restricciones estéricas.

La hélice alfa tiene propiedades geométricas específicas: 3,6 residuos por vuelta, un paso de 5,4 Å (0,54 nm) y ángulos diedros de la cadena principal (φ, ψ) típicamente alrededor de (-60°, -45°). Las cadenas laterales de los aminoácidos se extienden hacia afuera del eje helicoidal, lo que les permite interactuar con el entorno u otras partes de la proteína. Ciertos aminoácidos, como la alanina, la leucina y la metionina, se consideran "formadores de hélice", mientras que otros, como la prolina (que carece de un grupo NH en la cadena principal para la formación de enlaces de hidrógeno y tiene un anillo rígido) y la glicina (que es demasiado flexible), son "rompedores de hélice". El descubrimiento de la hélice alfa y la lámina beta proporcionó las primeras ideas fundamentales sobre cómo una simple cadena lineal de aminoácidos podía plegarse en estructuras tridimensionales complejas, estables y funcionales.

UNESCO Nomenclature: 2401
- Bioquímica

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Incremental

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Estudios de difracción de rayos X de proteínas fibrosas como la queratina, por William Astbury.
  • comprensión de la geometría planar del enlace peptídico
  • Elucidación de los principios del enlace de hidrógeno por Linus Pauling
  • desarrollo de modelos físicos moleculares

Aplicaciones

  • Comprender la estructura de las proteínas fibrosas como la queratina en el cabello y la piel.
  • Diseño de péptidos alfa-helicoidales para terapias antimicrobianas o anticancerígenas
  • modelado de dominios transmembrana de proteínas, que a menudo son alfa-helicoidales
  • Predicción y validación de la estructura de proteínas
  • Diseño racional de fármacos dirigidos a las interfaces de interacción proteína-proteína de hélice alfa

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • designing ‘stapled peptides’ that lock a peptide into an alpha-helical shape to improve drug efficacy
  • Creación de fibras proteicas sintéticas con propiedades mecánicas ajustables basadas en dominios alfa-helicoidales
  • Desarrollo de canales artificiales para membranas utilizando haces de hélices alfa
  • Ingeniería de proteínas con dominios alfa-helicoidales fotosensibles para optogenética
  • designing coiled-coil protein systems for self-assembling nanomaterials
  • creating vacunas based on stabilized alpha-helical epitopes of viral proteins
  • Desarrollo de miméticos de hélice alfa como inhibidores de las interacciones proteína-proteína
  • Utilizando espectroscopia de dicroísmo circular para cuantificar el contenido alfa-helicoidal de proteínas para el control de calidad
  • Diseño de biosensores donde la unión del ligando induce una transición alfa-helicoidal
  • Creación de herramientas computacionales para predecir segmentos transmembrana helicoidales a partir de secuencias de proteínas
Relacionado con: hélice alfa, estructura secundaria de proteínas, Linus Pauling, enlace de hidrógeno, polipéptido, conformación, ángulos diedros, queratina, estructura de proteínas, modelado molecular.

Contexto histórico

La hélice alfa (bioquímica)

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

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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