náhled|Animace beta-skládaného listu Beta-skládaný list (β-list, anglicky beta sheet) je typ prostorového uspořádání bílkovin. Spolu s alfa-helixem představuje nejznámější pravidelné uspořádání v sekundární struktuře bílkovin. V alfa-helixu jsou vodíkové vazby převážně uvnitř jednoho stočeného řetězce, u beta-listu propojují sousední řetězce.

Beta-skládaný list si můžeme představit jako zvlněný nebo skládaný list papíru. Řetězec primární struktury aminokyselin se nerozvine do šroubovice jako u α-helix, ale vytvoří natažené úseky (β-řetězce). Mezi řetězci ležícími vedle sebe vznikají vodíkové vazby.

Beta-skládaný list může být paralelní nebo antiparalelní. Při paralelním uspořádání sousední řetězce aminokyselin směřují stejným směrem, při antiparalelním uspořádání směřují opačným směrem. Stabilnější je antiparalelní uspořádání.

Struktura beta-skládaného listu se vyskytuje převážně u fibrilárních (vláknitých) bílkovin (skleroproteinů), kde tvoří hlavní kostru celého vlákna. Vyskytuje se však i u řady globulárních (kulovitých) bílkovin (sferoproteinů). Dále pak je častá u patologických bílkovin, kde nahrazuje alfa-helix strukturu. Z beta-skládaných listů se téměř výhradně skládá molekula fibroinu (základní složka hedvábí) nebo molekula beta-keratinu (základní složka ptačího peří, drápů, zobáků, šupin, krunýřů).

Historie William Astbury již ve 30. letech 20. století zkoumal krystalografii bílkovin (například vlny a vlasů) pomocí RTG difrakce a rozlišil alfa-formu (nenataženou) a beta-formu (nataženou). Jeho modely však selhávaly v přesné geometrii. V roce 1951 předpověděli obě struktury, alfa-helix a beta-skládaný list, američtí vědci Linus Pauling, Robert Corey a Herman Branson. Jejich práce byla založena na detailní znalosti krystalografické struktury jednotlivých aminokyselin a peptidové vazby. Pauling a Corey správně odvodili, že peptidová vazba je planární a rigidní, což výrazně omezuje možné konformace polypeptidového řetězce. Pauling za své výzkumy chemické vazby a struktury komplexních sloučen získal v roce 1954 Nobelovu cenu za chemii. Během dalších let se Paulingův objev alfa-helixu a beta-skládaného listu stal impulzem k rychle se rozvíjejícímu výzkumu aminokyselin a bílkovin. Vědci zkoumali vlastnosti obou uspořádání a popsali strukturu řady bílkovin. V současnosti se pomocí počítačových programů a umělé inteligence snaží navrhovat nové bílkoviny s požadovaným tvarem a funkcemi.

Struktura beta-listu náhled|Struktura beta-skládaného listu Beta-skládaný list znamená, že peptidový řetězec je natažený téměř do přímé a rozvinuté podoby. A proto není příliš kompaktní, ale protažený do všech stran. Skládá se z několika aminokyselinových řetězců (β-řetězců), které jsou uspořádány vzájemně rovnoběžně. Mezi nimi dochází ke vzniku vodíkových vazeb - konkrétně mezi vodíkem amidové skupiny (N-H) a kyslíkem karbonylové skupiny (C=O) sousedních řetězců. Tím se tato struktura stává stabilnější.

Protože peptidové řetězce mají směrovost danou jejich N-koncem a C-koncem , lze i β-řetězce označit za směrové. V diagramech jsou obvykle znázorněny šipkou směřující k C-konci. Sousední β-řetězce mohou tvořit vodíkové vazby v antiparalelním, paralelním nebo smíšeném polohovém uspořádání.

Polohové uspořádání

Antiparalelní uspořádání, kdy sousední řetězce běží opačným směrem: → → → ← ← ←. Jeden řetězec směřuje od N-konce k C-konci, sousední od C-konce k N-konci. Vodíkové můstky pak směřují kolmo a tvoří stabilnější uspořádání. Paralelní uspořádání, kdy sousední řetězce běží stejným směrem: → → → → → →. Oba sousední řetězce směřují stejně od N-konce k C-konci, nebo oba stejně od C-konce k N-konci. Vodíkové můstky jsou v tomto případě šikmé a struktura je o něco méně stabilní. Postranní skupiny aminokyselin (R) vystupují z beta-listu střídavě na jednu a na druhou stranu. Proto může mít jedna strana beta-listu více hydrofobních aminokyselin a druhá strana více polárních.Murray RK. et al., Harperova biochemie (2002); dvacáté třetí vydání (čtvrté české vydání)

Stabilita antiparalelního uspořádání Antiparalelní uspořádání má optimalizovaný úhel vodíkové vazby. Vodíková vazba je nejpevnější v momentě, kdy jsou donor (N-H) a akceptor (O=C) uspořádány v jedné přímce (180o). Antiparalelní uspořádání tuto přímou geometrii umožňuje, zatímco u paralelního uspořádání jsou vazby zakřivené a mechanicky více namáhané. Antiparalelní uspořádání má kratší spojovací smyčky než paralelní. Řetězce se mohou skládat ihned po sobě přes velmi krátké otočky, což usnadňuje sbalování (protein folding) a minimalizuje entropickou ztrátu.

Aminokyseliny v beta-skládaném listu Tyrosin, fenylalanin, tryptofan jsou velké aromatické aminokyseliny, které se nejčastěji nacházejí v β-řetězcích uprostřed beta-skládaných listů. Threonin, valin, isoleucin jsou β-rozvětvené aminokyseliny, které se také nacházejí v β-řetězcích uprostřed beta-skládaných listů. β-rozvětvené aminokyseliny jsou aminokyseliny, jejichž postranní řetězec (R-skupina) je rozvětvený už na uhlíku β, tedy na druhém uhlíku vedle centrálního α-uhlíku. Některé aminokyseliny, například prolin, se nejčastěji nacházejí v okrajových řetězcích beta-skládaných listů.

Bílkoviny se strukturou beta-skládaném listu Strukturu beta-skládaného listu má velké množství bílkovin. Nejčastější se vyskytuje u fibrilárních (vláknitých) bílkovin, kde tvoří hlavní kostru celého vlákna. U řady globulárních (kulovitých) bílkovin a také u patologických bílkovin tvoří alespoň část struktury.

Fibrilární bílkoviny U fibrilárních (vláknitých) bílkovin převažuje struktura beta-skládaný list a dává jim tak mimořádnou mechanickou pevnost, pružnost a odolnost vůči enzymatickému štěpení. Nejznámějšími příklady jsou:

Fibroin (hedvábí) má strukturu antiparalelního beta-skládaného listu. Tvoří až 60–70 % struktury přírodního hedvábí (pavučina, kokon bource morušového). Malé postranní řetězce aminokyselin (glycin a alanin) umožňují, aby se jednotlivé listy těsně přimykaly k sobě jako vrstvy desek, což dává hedvábí jeho jemnost a vysokou pevnost v tahu. Beta-keratin tvoří ptačí peří, drápy, zobáky, šupiny a želví krunýře u ptáků a plazů. Díky jeho skládaným listům je výrazně tvrdší a méně ohebný, než savčí alfa-keratin, který je složen z alfa-helixů a tvoří vlasy a nehty.

Globulární bílkoviny a enzymy V kulovitých (globulárních) bílkovinách tvoří beta-skládané listy stabilní vnitřní kostru, na kterou navazují další funkční struktury nebo enzymatická aktivní místa. Často tvoří beta-barely (struktury uzavřené do válce) nebo beta-sendviče (struktury naskládané na sebe).

Imunoglobuliny (protilátky) jsou tvořeny tzv. imunoglobulinovým skládaným motivem (dva beta-listy přimknuté k sobě jako sendvič), což zajišťuje vysokou stabilitu protilátky v krevním séru. Poriny tvoří bílkovinné kanály ve vnější membráně bakterií a mitochondrií. Mají strukturu uzavřeného do válce (velký beta-barel s 8 až 22 antiparalelními β-řetězci), kterým procházejí ionty a malé molekuly. Superoxid dismutáza1 (SOD1 ) je důležitý antioxidant uvnitř buněk, jehož jádro tvoří osmičlenný beta-barel. Greens fluorescent protein (GFP) je zelená fluorescentní bílkovina, která má tvar dokonalého 11řetězcového beta-barelu, uvnitř kterého je chráněn světélkující chromofor. GFP je využívaný v molekulární biologii. Krystaliny jsou rozpustné bílkoviny, které mají strukturu beta-skládaného listu. Tvoří přibližně 90 % všech bílkovin v oční čočce. Jejich hlavním úkolem je udržovat čočku průhlednou a umožnit průchod světla na sítnici.

Patologické bílkoviny Některé bílkoviny, které mají v běžném stavu strukturu alfa-helixů, mohou podstoupit špatné sbalení (misfolding). Vznikají tak stabilní cross-beta struktury, které agregují do nerozpustných vláken (amyloidních fibril).

Amyloid beta (A\beta) je peptid, který se shlukuje do beta-skládaných senilních plaků a neurofibrilárních klubek v mozku pacientů s Alzheimerovou chorobou. Alpha-synuklein tvoří amyloidní agregáty (Lewyho tělíska), které jsou bohaté na beta-skládané listy vyskytující se u Parkinsonovy choroby. Prionový protein (PrPSc) způsobuje prionová onemocnění (Creutzfeldt-Jakobovu nemoc, BSE). Infekční forma vzniká tak, že normální zdravá bílkovina bohatá na alfa-helixy přejde do struktury převažujících beta-skládaných listů. Navíc si tuto přeměnu vynutí i u okolních molekul.

Odkazy

Související články Biochemie Biologie Aminokyselina Bílkovina

Reference

Kategorie:Struktura bílkovin