Bookshelf
3.3.1.
3.3.1. De alfa-helix is een opgerolde structuur, gestabiliseerd door waterstofbruggen in de keten
Bij het evalueren van mogelijke structuren overwogen Pauling en Corey welke conformaties van peptiden sterisch toegestaan waren en welke het meest volledig gebruik maakten van de waterstofbrugcapaciteit van de NH- en CO-groepen in de ruggengraat. De eerste van hun voorgestelde structuren, de α-helix, is een staafvormige structuur (figuur 3.29). Een strak opgerolde ruggengraat vormt het binnenste deel van de staaf en de zijketens strekken zich naar buiten uit in een spiraalvormig patroon. De α-helix wordt gestabiliseerd door waterstofbruggen tussen de NH- en CO-groepen van de hoofdketen. In het bijzonder vormt de CO-groep van elk aminozuur een waterstofbrug met de NH-groep van het aminozuur dat zich vier residuen verder in de keten bevindt (figuur 3.30). Dus, behalve voor aminozuren aan de uiteinden van een α-helix, zijn alle CO- en NH-groepen van de hoofdketen waterstofgebonden. Elk residu is gerelateerd aan het volgende door een stijging van 1,5 Å langs de helixas en een rotatie van 100 graden, wat 3,6 aminozuurresiduen per helixdraai geeft. Aminozuren die in de sequentie drie en vier uit elkaar liggen, liggen dus ruimtelijk vrij dicht bij elkaar in een α-helix. Aminozuren die in de reeks twee van elkaar verwijderd zijn, bevinden zich daarentegen aan tegenovergestelde zijden van de helix en zullen elkaar dus waarschijnlijk niet raken. De steek van de α-helix, die gelijk is aan het product van de translatie (1,5 Å) en het aantal residuen per draai (3,6), is 5,4 Å. De schroefzin van een helix kan rechtsdraaiend (met de klok mee) of linksdraaiend (tegen de klok in) zijn. Het Ramachandran diagram laat zien dat zowel de rechtshandige als de linkshandige helices tot de toegestane conformatie behoren (figuur 3.31). Echter, rechtshandige helices zijn energetisch gunstiger omdat er minder sterische botsing is tussen de zijketens en de backbone. In principe zijn alle α-schroeflijnen in eiwitten rechtshandig. In schematische diagrammen van eiwitten worden α-helixen afgebeeld als gedraaide linten of staven (figuur 3.32).
Schroeflijn-
Beschrijft de richting waarin een schroeflijnvormige structuur roteert ten opzichte van zijn as. Als, gezien langs de as van een helix, de keten met de klok mee draait, heeft hij een rechtshandige schroefzin. Als de draaiing tegen de klok in is, is de schroefzin linkshandig.
Figuur 3.29
Structuur van de α-helix. (A) Een lintafbeelding met de α-koolstofatomen en zijketens (groen) weergegeven. (B) Een zijaanzicht van een bal-en-stok versie toont de waterstofbruggen (stippellijnen) tussen NH en CO groepen. (C) Een eindaanzicht toont (meer…)
Figuur 3.30
Hydrogeenbindingsschema voor een α-helix. In de α-helix vormt de CO-groep van residu n een waterstofbrug met de NH-groep van residu n+ 4.
Figuur 3.31
Ramachandran Diagram voor Helices. Zowel rechts- als linkshandige helices liggen in gebieden van toegestane conformatie in het Ramachandran diagram. Echter, vrijwel alle α helices in eiwitten zijn rechtshandig.
Figuur 3.32
Schematische weergaven van α-helices. (A) Een bal-en-stok model. (B) Een lintvormige voorstelling. (C) Een cilindrische voorstelling.
Pauling en Corey voorspelden de structuur van de α-helix 6 jaar voordat deze daadwerkelijk werd gezien in de röntgen-reconstructie van de structuur van myoglobine. De opheldering van de structuur van de α-helix is een mijlpaal in de biochemie, omdat hiermee werd aangetoond dat de conformatie van een polypeptideketen kan worden voorspeld als de eigenschappen van de componenten nauwkeurig en precies bekend zijn.
Het α-helixgehalte van eiwitten varieert sterk, van bijna geen tot bijna 100%. Bijvoorbeeld, ongeveer 75% van de residuen in ferritine, een eiwit dat helpt ijzer op te slaan, zit in α-helixen (figuur 3.33). Enkelvoudige α helixen zijn meestal minder dan 45 Å lang. Twee of meer α-helixen kunnen echter in elkaar verstrengeld raken en een zeer stabiele structuur vormen, die een lengte van 1000 Å (100 nm, ofwel 0,1 μm) of meer kan hebben (figuur 3.34). Dergelijke α-helicale spoelen worden gevonden in myosine en tropomyosine in spieren, in fibrine in bloedklonters, en in keratine in haar. De spiraalvormige kabels in deze eiwitten dienen een mechanische rol bij het vormen van stijve bundels vezels, zoals in stekelvarkens. Het cytoskelet (interne steiger) van cellen is rijk aan zogenaamde intermediaire filamenten, die ook twee-strengs α-helicale spoelen zijn. Veel eiwitten die biologische membranen omspannen bevatten ook α-spiralen.
Figuur 3.33
Een eiwit met een grote α-helix. 
Ferritine, een ijzer-opslag-eiwit, is opgebouwd uit een bundel α-helixen.
Figuur 3.34
Een α -Helical Coiled Coil. De twee schroeflijnen wikkelen zich om elkaar heen en vormen zo een superhelix. Dergelijke structuren worden in veel eiwitten gevonden, waaronder keratine in haren, stekels, klauwen en hoorns.