Upredena zavojnica

Upredena zavojnica je strukturni motiv proteina, kod koje se 2 do 7 alfa spirala upliću zajedno kao niti konopca (najčešći slučaj su dimeri i trimeri). Mnogi proteini ovog tipa učestvuju u važnim biološkim funkcijama, kao što je regulisanje izražavanja gena, npr. kao faktori prepisivanja. Značajni primeri su onkoproteini, kao i protein mišića tropomiozin.

Slika 1: Tipičan primer upredene zavojnice je GCN4 leucinski rajsferšlus (kod u 1zik), koji je paralelni levogiri homodimer. Svakako, postoji još mnogo tipova upredenih zavojnica.

Bočni pogled gr41 heksamera koji inicira ulaz HIVa u ciljne ćelije.

Molekulska struktura upredenih zavojnica

Upredene zavojnice obično sadrže ponavljajući segment od sedam aminokiselinskih ostataka, koji se zove heptadni ostatak. Dodirna površina između spirala često sadrži hidrofobne ostatke, kao leucin, uređene u tzv. leucinski rajsferšlus. Najpovoljniji način uređenja takvih dveju spirala u vodom ispunjenom okruženju citoplazme je da umotaju svoje hidrofobne grupe jedne uz druge, u sendviču između hidrofilnih aminokiselina. Sakrivanje hidrofobnih površina, stoga, daje termodinamičku pogonsku silu za dimerizaciju.

Alfa-spirale mogu biti paralalne ili antiparalelne i obično se upredaju u levogirnu super-zavojnicu(slika 1). Iako u manjini, nekoliko desnogirnih zavojnica je takođe primećeno kod prirodnih i sintetisanih proteina.

Biološka uloga upredenih zavojnica

Uloga upredenih zavojnica kod HIV infekcija

Ključni korak pri ulasku HIV virusa u ljudske ćelije je izlaganje trimerne, paralelne, upredene zavojnice poznate kao GP41. GP41 trimer je obično pokriven drugim površinskim glikoproteinom sa oznakom GP120, koji ga štiti od antitela. Prilikom vezivanja za ciljnu ćeliju, GP120 prolazi kroz konformacionu promenu koja izlaže GP41 trimer, čiji hidrofobni N-krajevi prodiru kroz omotač ciljne ćelije. Druge tri spirale GP41 se savijaju i uklapaju se u udubljenje GP41 trimera na površini membrane, formirajući heksamer, pritom privlačeći membranu virusa i ciljne ćelije dovoljno blizu za spajanje. Virus tada ulazi u ćeliju i počinje umnožavanje. U poslednje vreme, razvijaju se inhibitori, koji se vežu za udubljenje GP41 na površini ćelije, recimo Fuzeon.

Upredene zavojnice kao dimerizacioni markeri

Zbog svoje specifične interakcije upredene zavojnice se mogu koristiti kao markeri za dimerizaciju.

Istorija upredenih zavojnica

Frensis Krik je, 1952. godine, nagovestio da je struktura alfa-keratina zapravo upredena zavojnica, kao i matematički metod za određivanje njene strukture. Zanimljivo, ovo je objavljeno vrlo brzo nakon što su Linus Pauling i saradnici preložili strukturu alfa-spirale, 1951. godine.

Literatura

• Spasić S., Jelić-Ivanović Z. (2002) Spasojević-Kalimanovska Vesna: „Opšta biohemija“, §§ 4-2 — 4-18.
• Topisirović, LJ. (1999) „Dinamička biohemija“, str. 62-69.
• Crick FHC. (1953) "The Packing of α-Helices: Simple Coiled-Coils", Acta Cryst., 6, 689-697.
• Nishikawa K. and Scheraga HA. (1976) "Geometrical Criteria for Formation of Coiled-Coil Structures of Polypeptide Chains", Macromolecules, 9, 395-407.
• Harbury PB, Zhang T, Kim PS and Alber T. (1993) "A Switch Between Two-, Three-, and Four-Stranded Coiled Coils in GCN4 Leucine Zipper Mutants", Science, 262, 1401-1407.
• Gonzalez L, Plecs JJ and Alber T. (1996) "An engineered allosteric switch in leucine-zipper oligomerization", Nature Structural Biology, 3, 510-515.
• Harbury PB, Plecs JJ, Tidor B, Alber T and Kim PS. (1998) "High-Resolution Protein Design with Backbone Freedom", Science, 282, 1462-1467.
• Yu YB. (2002) "Coiled-coils: stability, specificity, and drug delivery potential", Adv. Drug Deliv. Rev., 54, 1113-1129.
• Burkhard P, Ivaninskii S and Lustig A. (2002) "Improving Coiled-coil Stability by Optimizing Ionic Interactions", Journal of Molecular Biology, 318, 901-910.
• Gillingham AK and Munro S. (2003) "Long coiled-coil proteins and membrane traffic.", Biochim. Biophys. Acta, 1641, 71-85.
• Mason JM and Arndt KM, (2004) "Coiled coil domains: stability, specificity, and biological implications", Chembiochem, 5, 170-6.