Tripla elica - Triple helix
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Nei campi della geometria e della biochimica , una tripla elica (plurale triple eliche ) è un insieme di tre eliche geometriche congruenti con lo stesso asse , che differiscono per una traslazione lungo l'asse. Ciò significa che ciascuna delle eliche mantiene la stessa distanza dall'asse centrale. Come con una singola elica, una tripla elica può essere caratterizzata dal suo passo, diametro e manualità. Esempi di triple eliche includono DNA triplex , RNA triplex , l' elica del collagene e proteine simili al collagene .
Struttura
Una tripla elica è chiamata così perché è composta da tre eliche separate . Ognuna di queste eliche condivide lo stesso asse, ma non occupano lo stesso spazio perché ciascuna elica è traslata angolarmente attorno all'asse. In genere, l'identità di una tripla elica dipende dal tipo di eliche che la compongono. Ad esempio: una tripla elica composta da tre filamenti di proteine di collagene è una tripla elica di collagene e una tripla elica composta da tre filamenti di DNA è una tripla elica di DNA.
Come con altri tipi di eliche, le triple eliche hanno la manualità: destrorsa o mancina. Un'elica destrorsa si muove attorno al proprio asse in senso orario dall'inizio alla fine. Un'elica sinistrorsa è l'immagine speculare dell'elica destrorsa e si muove attorno all'asse in senso antiorario dall'inizio alla fine. L'inizio e la fine di una molecola elicoidale sono definiti in base a determinati marcatori nella molecola che non cambiano facilmente. Ad esempio: l'inizio di una proteina elicoidale è il suo terminale N e l'inizio di un singolo filamento di DNA è la sua estremità 5' .
La tripla elica del collagene è composta da tre peptidi di collagene, ciascuno dei quali forma la propria elica poliprolina levogira. Quando le tre catene si combinano, la tripla elica adotta un orientamento destrorso. Il peptide di collagene è composto da ripetizioni di Gly -XY, con il secondo residuo (X) solitamente costituito da Pro e il terzo (Y) da idrossiprolina.
Una tripla elica del DNA è composta da tre filamenti di DNA separati, ciascuno orientato con lo scheletro zucchero/fosfato all'esterno dell'elica e le basi all'interno dell'elica. Le basi sono la parte della molecola più vicina all'asse della tripla elica e la spina dorsale è la parte della molecola più lontana dall'asse. Il terzo filamento occupa il solco principale del DNA duplex relativamente normale. Le basi nel DNA triplex sono disposte per corrispondere secondo uno schema di accoppiamento di basi di Hoogsteen . Allo stesso modo, le triple eliche di RNA si formano come risultato di un RNA a singolo filamento che forma legami idrogeno con un duplex di RNA; il duplex consiste nell'accoppiamento di basi Watson-Crick mentre il terzo filamento si lega tramite l'accoppiamento di basi Hoogsteen.
Fattori stabilizzanti
La tripla elica del collagene ha diverse caratteristiche che ne aumentano la stabilità. Quando la prolina viene incorporata nella posizione Y della sequenza Gly-XY, viene modificata post-traduzionalmente in idrossiprolina . L'idrossiprolina può entrare in interazioni favorevoli con l'acqua, che stabilizza la tripla elica perché i residui Y sono accessibili al solvente nella struttura a tripla elica. Le singole eliche sono inoltre tenute insieme da un'estesa rete di legami idrogeno ammide-ammide formati tra i filamenti, ciascuno dei quali contribuisce circa -2 kcal/mol all'energia libera complessiva della tripla elica. La formazione della superelica non solo protegge i residui critici di glicina all'interno dell'elica, ma protegge anche l'intera proteina dalla proteolisi.
Il DNA e l'RNA a tripla elica sono stabilizzati da molte delle stesse forze che stabilizzano le eliche di DNA a doppio filamento. Con le basi nucleotidiche orientate all'interno dell'elica, più vicine al suo asse, le basi si impegnano nel legame idrogeno con altre basi. Le basi legate al centro escludono l'acqua, quindi l' effetto idrofobico è particolarmente importante nella stabilizzazione delle triple eliche del DNA.
ruolo biologico Bi
proteine
I membri della superfamiglia del collagene contribuiscono maggiormente alla matrice extracellulare. La struttura a tripla elica fornisce forza e stabilità alle fibre di collagene fornendo una grande resistenza allo stress di trazione. La rigidità delle fibre di collagene è un fattore importante in grado di resistere alla maggior parte delle sollecitazioni meccaniche, rendendola una proteina ideale per il trasporto macromolecolare e il supporto strutturale generale in tutto il corpo.
DNA
Esistono alcune sequenze oligonucleotidiche, chiamate oligonucleotidi formanti triplette (TFO) che possono legarsi per formare un triplex con una molecola più lunga di DNA a doppio filamento; I TFO possono inattivare un gene o aiutare a indurre mutazioni. I TFO possono legarsi solo a determinati siti in una molecola più grande, quindi i ricercatori devono prima determinare se un TFO può legarsi al gene di interesse.
RNA
Negli ultimi anni, la funzione biologica dell'RNA triplex è diventata più studiata. Alcuni ruoli includono l'aumento della stabilità, la traduzione, l'influenza sul legame del ligando e la catalisi. Un esempio di legame del ligando influenzato da una tripla elica è nel riboswitch SAM-II dove la tripla elica crea un sito di legame che accetterà in modo univoco S- adenosilmetionina ( SAM ). Il complesso ribonucleoproteico telomerasi , responsabile della replicazione delle estremità della coda del DNA ( telomeri ), contiene anche RNA triplex ritenuto necessario per il corretto funzionamento della telomerasi. La tripla elica all'estremità 3' degli RNA lunghi non codificanti PAN e MALAT1 serve a stabilizzare l'RNA proteggendo la coda Poly (A) dalla deadenilazione, che successivamente influenza le loro funzioni nella patogenesi virale e nei tumori umani multipli. Inoltre, le triple eliche di RNA possono stabilizzare gli mRNA mediante la formazione di una tasca di legame all'estremità 3' della coda di poli(A).