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3.3.1. La hélice alfa es una estructura enrollada estabilizada por enlaces de hidrógeno intracadena

Al evaluar las estructuras potenciales, Pauling y Corey consideraron qué conformaciones de péptidos se podían estabilizar. La hélice alfa es una estructura enrollada estabilizada por enlaces de hidrógeno intracadena

Al evaluar las estructuras potenciales, Pauling y Corey consideraron qué conformaciones de los péptidos estaban estéricamente permitidas y cuáles explotaban mejor la capacidad de enlace de hidrógeno de los grupos NH y CO de la columna vertebral. La primera de sus estructuras propuestas, la hélice α, es una estructura en forma de varilla (Figura 3.29). Una espina dorsal fuertemente enrollada forma la parte interior de la varilla y las cadenas laterales se extienden hacia el exterior en forma de hélice. La hélice α se estabiliza mediante enlaces de hidrógeno entre los grupos NH y CO de la cadena principal. En concreto, el grupo CO de cada aminoácido forma un enlace de hidrógeno con el grupo NH del aminoácido que está situado cuatro residuos por delante en la secuencia (Figura 3.30). Por lo tanto, excepto en el caso de los aminoácidos situados cerca de los extremos de una hélice α, todos los grupos CO y NH de la cadena principal están unidos por enlaces de hidrógeno. Cada residuo está relacionado con el siguiente por un ascenso de 1,5 Å a lo largo del eje de la hélice y una rotación de 100 grados, lo que da 3,6 residuos de aminoácidos por vuelta de hélice. Así, los aminoácidos separados por tres y cuatro en la secuencia están espacialmente bastante cerca unos de otros en una hélice α. Por el contrario, los aminoácidos separados dos veces en la secuencia están situados en lados opuestos de la hélice y, por tanto, es poco probable que entren en contacto. El paso de la hélice α, que es igual al producto de la traslación (1,5 Å) y el número de residuos por vuelta (3,6), es de 5,4 Å. El sentido del tornillo de una hélice puede ser derecho (en el sentido de las agujas del reloj) o izquierdo (en el sentido contrario). El diagrama de Ramachandran revela que tanto las hélices derechas como las izquierdas se encuentran entre las conformaciones permitidas (Figura 3.31). Sin embargo, las hélices derechas son energéticamente más favorables porque hay menos choque estérico entre las cadenas laterales y la columna vertebral. Básicamente, todas las hélices α que se encuentran en las proteínas son derechas. En los diagramas esquemáticos de las proteínas, las hélices α se representan como cintas o varillas retorcidas (Figura 3.32).

Sentido de giro-

Describe la dirección en la que una estructura helicoidal gira con respecto a su eje. Si, visto el eje de una hélice, la cadena gira en el sentido de las agujas del reloj, tiene sentido de tornillo a la derecha. Si el giro es en sentido contrario a las agujas del reloj, el sentido de tornillo es a la izquierda.

Figura 3.29

Estructura de la hélice α. (A) Una representación de cinta con los átomos de carbono α y las cadenas laterales (verde) mostradas. (B) Una vista lateral de una versión en forma de bola representa los enlaces de hidrógeno (líneas discontinuas) entre los grupos NH y CO. (C) Una vista final muestra (más…)

Figura 3.30

Esquema de enlace de hidrógeno para una hélice α. En la hélice α, el grupo CO del residuo n forma un enlace de hidrógeno con el grupo NH del residuo n+ 4.

Figura 3.31

Diagrama de Ramachandran para hélices. Tanto las hélices derechas como las izquierdas se encuentran en regiones de conformaciones permitidas en el diagrama de Ramachandran. Sin embargo, esencialmente todas las hélices α de las proteínas son diestras.

Figura 3.32

Vistas esquemáticas de las hélices α. (A) Un modelo de bola y palo. (B) Una representación de cinta. (C) Una representación cilíndrica.

Pauling y Corey predijeron la estructura de la hélice α 6 años antes de que se viera realmente en la reconstrucción de rayos X de la estructura de la mioglobina. La elucidación de la estructura de la hélice α es un hito en la bioquímica porque demostró que la conformación de una cadena polipeptídica puede predecirse si se conocen con rigor y precisión las propiedades de sus componentes.

El contenido α-helicoidal de las proteínas varía ampliamente, desde casi ninguno hasta casi el 100%. Por ejemplo, alrededor del 75% de los residuos de la ferritina, una proteína que ayuda a almacenar hierro, están en α-hélices (Figura 3.33). Las hélices α individuales suelen tener menos de 45 Å de longitud. Sin embargo, dos o más hélices α pueden entrelazarse para formar una estructura muy estable, que puede tener una longitud de 1000 Å (100 nm, o 0,1 μm) o más (figura 3.34). Tales espirales α-helicoidales se encuentran en la miosina y la tropomiosina del músculo, en la fibrina de los coágulos de sangre y en la queratina del cabello. Los cables helicoidales de estas proteínas cumplen una función mecánica al formar haces de fibras rígidas, como en las púas de los puercoespines. El citoesqueleto (andamiaje interno) de las células es rico en los llamados filamentos intermedios, que también son espirales α-helicoidales de dos hebras. Muchas proteínas que abarcan las membranas biológicas también contienen α-hélices.

Figura 3.33

Una proteína ampliamente α helicoidal. La ferritina, una proteína que almacena hierro, está construida a partir de un haz de α hélices.

Figura 3.34

Una bobina helicoidal α. Las dos hélices se enrollan una alrededor de la otra para formar una superhélice. Tales estructuras se encuentran en muchas proteínas, incluyendo la queratina del pelo, las púas, las garras y los cuernos.