310 hélice

Una 3₁₀ hélice es un tipo de estructura secundaria que se encuentra en proteínas y polipéptidos. De las numerosas estructuras secundarias de proteínas presentes, la 3₁₀-hélice es el cuarto tipo más común observado, después de las α-hélices, las β-láminas y los giros inversos. Las 3₁₀-hélices constituyen casi el 10-15% de todas las hélices en las estructuras secundarias de proteínas, y se observan típicamente como extensiones de las α-hélices que se encuentran en sus extremos N o C. Debido a la tendencia de las α-hélices a plegarse y desplegarse de manera consistente, se ha propuesto que la 3₁₀-hélice sirve como una especie de conformación intermediaria, y proporciona información sobre el inicio del plegamiento de la α-hélice.

Max Perutz, director del Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica de la Universidad de Cambridge, escribió el primer artículo que documentaba la esquiva hélice 3₁₀. Junto con Lawrence Bragg y John Kendrew, Perutz publicó en 1950 una exploración de las configuraciones de las cadenas polipeptídicas, basándose en pistas obtenidas de datos de difracción no cristalina, así como de estructuras cristalinas de moléculas pequeñas, como las cristalinas que se encuentran en el cabello. Sus propuestas incluían lo que ahora se conoce como hélice 3₁₀, pero no incluían los dos motivos estructurales más comunes que se sabe que existen en la actualidad. Al año siguiente, Linus Pauling predijo ambos motivos, la hélice alfa y la lámina beta, en un trabajo que ahora se compara en importancia con la publicación de la doble hélice del ADN por parte de Francis Crick y James D. Watson. Pauling criticó duramente las estructuras helicoidales propuestas por Bragg, Kendrew y Perutz, y adoptó un tono triunfal al declarar que todas ellas eran inverosímiles. Perutz describe en su libro Ojalá te hubiera hecho enfadar antes la experiencia de leer el artículo de Pauling un sábado por la mañana:

Estaba estruendoso por el papel de Pauling y Corey. A diferencia de Kendrew y mis cálices, los suyos estaban libres de cepa; todos los grupos de amida eran planarios y cada grupo de carbono formó un vínculo perfecto de hidrógeno con un grupo de amino cuatro residuos más a lo largo de la cadena. La estructura parecía muerta. ¿Cómo podría haberme perdido?

—Max Perutz, 1998, pp.173-175.

Más tarde ese día, a Perutz se le ocurrió una idea para un experimento que confirmara el modelo de Pauling y corrió al laboratorio para llevarlo a cabo. En pocas horas, tenía la evidencia para confirmar la hélice alfa, que le mostró a Bragg a primera hora del lunes. La confirmación de Perutz de la estructura de la hélice alfa se publicó en Nature poco después. Los principios aplicados en el artículo de 1950 a las estructuras polipeptídicas teóricas, válidos para la hélice 3₁₀, incluían:

• Las cadenas se mantienen unidas por la unión de hidrógeno entre los átomos de hidrógeno y oxígeno de diferentes por los enlaces cercanos amide (peptide) formados como los aminoácidos se condensan para formar la cadena de polipéptidos. Estas formas de arreglos helicoidales que no se pueden desenrollar sin romper los bonos de hidrógeno.
• Las estructuras en las que todos los grupos NH y CO disponibles están unidos a hidrógeno son inherentemente más probables, porque su energía libre es presumiblemente menor.

La hélice 3₁₀ fue finalmente confirmada por Kendrew en su estructura de la mioglobina de 1958, y también fue encontrada en la determinación de la estructura de la hemoglobina de Perutz en 1960 y en trabajos posteriores sobre sus formas desoxigenada y oxigenada.

Ahora se sabe que la hélice 3₁₀ es la tercera estructura principal que se encuentra en las proteínas globulares, después de la hélice α y la lámina β. Casi siempre son secciones cortas, de las cuales casi el 96% contiene cuatro o menos residuos de aminoácidos, y aparecen en lugares como las "esquinas" donde las hélices α cambian de dirección en la estructura de la mioglobina, por ejemplo. Se han observado secciones más largas, en el rango de siete a once residuos, en el segmento sensor de voltaje de los canales de potasio dependientes del voltaje en el dominio transmembrana de ciertas proteínas helicoidales.

Los aminoácidos en una hélice 3₁₀ están dispuestos en una estructura helicoidal dextrógira. Cada aminoácido corresponde a un giro de 120° en la hélice (es decir, la hélice tiene tres residuos por giro), y una traslación de 2,0 Å (0,20 nm) a lo largo del eje helicoidal, y tiene 10 átomos en el anillo formado al hacer el enlace de hidrógeno. Lo más importante es que el grupo N-H de un aminoácido forma un enlace de hidrógeno con el grupo C=O del aminoácido tres residuos antes; este enlace de hidrógeno i + 3 → i repetido define una hélice 3₁₀. Estructuras similares incluyen la hélice α (enlace de hidrógeno i + 4 → i) y la hélice π (enlace de hidrógeno i + 5 → i).

Los residuos en hélices 3₁₀ largas adoptan ángulos diedros (φ, ψ) cercanos a (−49°, −26°). Muchas hélices 3₁₀ en proteínas son cortas, por lo que se desvían de estos valores. En términos más generales, los residuos en hélices 3₁₀ largas adoptan ángulos diedros tales que el ángulo diedro ψ de un residuo y el ángulo diedro φ del residuo siguiente suman aproximadamente −75°. A modo de comparación, la suma de los ángulos diedros para una hélice α es aproximadamente −105°, mientras que para una hélice π es aproximadamente −125°.

La fórmula general para el ángulo de rotación Ω por residuo de cualquier hélice polipeptídica con isómeros trans viene dada por la ecuación:

${\displaystyle 3\cos \Omega =1-4\cos ^{2}\left({\frac {\varphi +\psi }{2}\right)}$

y como Ω = 120° para una hélice ideal de 3₁₀, se deduce que φ y ψ deberían estar relacionados por:

${\displaystyle \cos \left({\frac {\varphi +\psi }{2}\right)={\frac {\sqrt {10}}{4}}}$

consistente con el valor observado de φ + ψ cerca de −75°.

Los ángulos diedros de la hélice 3₁₀, en relación con los de la hélice α, podrían atribuirse a las longitudes cortas de estas hélices (de 3 a 5 residuos de longitud, en comparación con las longitudes de 10 a 12 residuos de sus contemporáneas de hélice α). Las hélices 3₁₀ a menudo surgen en transiciones, lo que conduce a longitudes de residuos típicamente cortas que resultan en desviaciones en sus distribuciones de ángulos de torsión de la cadena principal y, por lo tanto, irregularidades. Sus redes de enlaces de hidrógeno están distorsionadas en comparación con las hélices α, lo que contribuye a su inestabilidad, aunque la aparición frecuente de la hélice 3₁₀ en proteínas naturales demuestra su importancia en las estructuras de transición.

Mediante una investigación llevada a cabo por Mary Karpen, Pieter De Haseth y Kenneth Neet, se descubrieron factores que intervienen en la estabilidad parcial de las hélices 3₁₀. Las hélices se estabilizan de forma más notable mediante un residuo de aspartato en el extremo N no polar que interactúa con el grupo amida en la tapa N helicoidal. Esta interacción electrostática estabiliza los dipolos peptídicos en una orientación paralela. Al igual que los enlaces de hidrógeno helicoidales contiguos que estabilizan las hélices α, los altos niveles de aspartato son igualmente importantes para la supervivencia de la hélice 3₁₀. La alta frecuencia de aspartato tanto en la hélice 3₁₀ como en las hélices α es indicativa de su iniciación helicoidal, pero al mismo tiempo sugiere que favorece la estabilización de la hélice 3₁₀ al inhibir la propagación de las hélices α.

• alpha helix
• pi helix
• Estructura secundaria
• beta turn
• beta curva cinta

• A 3₁₀ Helix es un tipo de proteína secundaria." Bioquímica. N.p., 20 Oct. 2013. Web. 06 Dec. 2015.