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Foglietti e Barili/Botti


Ci è stato chiesto da alcuni giocatori qualcosa circa i componenti strutturali che differenziano i foglietti beta e le “barili/botti” beta. Questa pagina è per rispondere a queste curiosità.

Conformazione “a botte/barile” della proteina Porina (nella Salmonella)


Domanda da Brow42:
Recentemente abbiamo avuto un puzzle di progettazione che preferiva i foglietti. Alcuni giocatori hanno, poi, fatto un “sandwich” di foglietti e alcuni dei barili beta. Abbiamo tutti fabbricato, alla fine, nuclei idrofobici. Ma quale componente strutturale nelle proteine reali conduce ad una soluzione o all'altra?

 

Sandwitch Beta (Tenascina-C)


Risposta di bkoep:
Non sono un esperto, ma posso dirti quello che so….e forse posso trovare un altro scienziato del BakerLab che ci segua. In molti barili beta, ci sono posizioni chiave che adottano le conformazioni irregolari della dorsale per rimodellare il foglietto beta. Alcune posizioni adottano un "rigonfiamento beta", in cui un residuo supplementare viene inserito tra due residui di uno filamento beta. Nella sequenza primaria, questo residuo interromperebbe il normale schema dell’alternanza di residui polari e non polari. Ci sono anche posizioni di "Glicine kick" (immagine sotto), in cui un residuo di glicina deforma il foglio beta, adottando una conformazione sfavorevole per altri amminoacidi. Nelle proteine “beta sandwich” (e in molte altre strutture con fogli beta), i "fili sul bordo" di un foglio beta sono spesso bagnati con residui polari sul lato rivolto verso il nucleo del foglietto (normalmente non polare). A volte questi sono residui come il TYR, che ha una regione idrofobica che può contribuire all'imballaggio del nucleo, nonché un atomo polare che può estendersi in solvente per fare legami di idrogeno.

Beta Botte


Completa la risposta Anastassia Vorobieva, PhD:
Come sottolineato da bkoep, la presenza della glicina nel mezzo del foglietto beta (che è raro nei beta “sandwitch”), la posizione di sporgenze e la presenza di residui polari di bordo sono dei buoni criteri di discriminazione tra i sandwich beta e i barili-beta. Tuttavia, non esiste una risposta facile e non abbiamo ancora un'idea chiara di come questi elementi strutturali interagiscano tra loro. Per esempio, rigonfiamenti beta sono presenti in entrambe le conformazioni (botti e sandwitch): solo la loro posizione è importante. E alcune botti beta hanno residui polari nel loro nucleo, in particolare quelli che legano piccole molecole. E per rendere ancora più confusi, alcuni beta-barili sono in grado di richiudersi senza la presenza della glicina nel foglio!
Per andare un po’ più nel dettaglio, i filamenti beta preferiscono avere una torsione destrorsa: in altre parole le catene laterali ei legami di idrogeno tendono a ruotare in senso orario lungo un filamento beta.



Queste torsioni di singoli filamenti provocano beta-foglietti "a forma di ventaglio". Tuttavia, la torsione può essere un vincolo nei fili situati al centro di un foglio, in quanto tali filamenti devono interagire con i fili vicini che hanno la loro propria torsione. Nei barili beta, la curvatura necessaria per richiudere il barile è difficilmente compatibile con la singola torsione dei filamenti beta: di conseguenza, nel barile ci sono alcune posizioni chiave in cui il filamento non può continuare a ruotare a destra e contemporaneamente interagire con i due vicini. Esistono diverse strategie nelle proteine native per "reimpostare" la torsione in tali regioni:
- Posizionare una glicina, che è l'unico residuo che può ruotare a sinistra.
- Posizionare un rigonfiamento, che forzi la rotazione, talvolta, al costo dei legami idrogeno.
- Ridurre il numero di legami idrogeno intra-filamenti. Nei barili che sono in grado di chiudersi senza glicina, i filamenti normalmente interagiscono con un maggiore compenso.
Per progettare le proteine botti beta ab initio, stiamo attualmente lavorando su strategie per prevedere le regioni chiave del foglio, poichè la torsione diventerà un problema. Ecco alcune idee per trovare i problemi di torsione:
- Le catene laterali e i legami di idrogeno ruotano a destra lungo il filamento.
- Se le torsioni di due filamenti vicini non sono coordinate, le catene laterali di due residui interagenti tendono a piegarsi l’una verso l'altra. Quando due vicini di filamenti vicini sono ben “coordinati”, le catene laterali sono parallele tra loro.
- La piegatura delle catene laterali l’una verso l'altra probabilmente provocherà molti problemi nella struttura: queste catene laterali sono probabilmente in conflitto tra loro e la torsione locale della dorsale è sfavorevole. Di conseguenza, il punteggio di Foldit sarà probabilmente influenzato negativamente se si cercherà di forzare la chiusura di un foglio che si ripiegherà più probabile in un sandwich aperto.
Riassumendo, la presenza di glicina e di residui del bordo polari sono delle buone discriminanti tra i barili e i sandwich: se questi non sono sufficienti è necessario cercare gli scontri e i problemi di punteggio che indicano che si sta cercando di forzare la chiusura di un foglio che non vuole essere chiuso. Per quanto riguarda la lunghezza della congiunzione sopra indicata, non dovrebbe avere un'influenza in un foglio correttamente ripiegato, in quanto la torsione della congiunzione è compatibile con la torsione complessiva del filamento.


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