Free Press

Beta-arkusze składają się z przedłużonych pasm polipeptydowych (beta-strands) połączonych siecią wiązań wodorowych i występują powszechnie w białkach. Chociaż znaczenie beta-szkieletów w złożonych strukturach białek jest od dawna znane, coraz częściej dostrzega się znaczenie oddziaływań międzycząsteczkowych pomiędzy beta-szetami. Oddziaływania międzycz±steczkowe pomiędzy krawędziami beta-warstw stanowi± podstawow± formę rozpoznania biomolekularnego (jak parowanie zasad DNA) i s± zaangażowane w strukturę czwartorzędow± białek, interakcje białko-białko oraz agregację peptydów i białek. Znaczenie oddziaływań beta-arkuszy w procesach biologicznych czyni je potencjalnymi celami interwencji w takich chorobach jak AIDS, rak czy choroba Alzheimera. Niniejszy artykuł opisuje wykorzystanie przez moją grupę badawczą chemicznych systemów modelowych do badania struktury i oddziaływań beta-szkieletów. Chemiczne systemy modelowe stanowią doskonałe narzędzie do badania beta-szkieletów, ponieważ są mniejsze, prostsze i łatwiejsze do manipulowania niż białka. Syntetyczne modele chemiczne dają również możliwość kontrolowania lub modulowania naturalnych systemów lub rozwijania innych użytecznych zastosowań i mogą ostatecznie doprowadzić do powstania nowych leków, za pomocą których można leczyć choroby. W naszych „sztucznych beta-szetach”, molekularne jednostki szablonowe i skręcające są połączone z peptydami w celu naśladowania struktur równoległych i antyrównoległych beta-szetów. Szablony i jednostki skrętu tworzą złożone, połączone wiązaniami wodorowymi struktury z grupami peptydowymi i pomagają zapobiegać tworzeniu się złożonych, źle zdefiniowanych agregatów. Szablony, które powielają wzór wiązań wodorowych jednej krawędzi peptydowej nici beta, blokując jednocześnie drugą krawędź, okazały się szczególnie cenne w zapobieganiu tworzenia agregatów i promowaniu tworzenia prostych struktur monomerycznych i dimerycznych. Sztuczne beta-szety, które posiadają odsłonięte krawędzie z wiązaniami wodorowymi mogą tworzyć dobrze zdefiniowane dimery z wiązaniami wodorowymi. Dimeryzacja łatwo zachodzi w roztworach chloroformowych, ale wymaga dodatkowych oddziaływań hydrofobowych, aby zachodziła w roztworze wodnym. Interakcje pomiędzy łańcuchami bocznymi, jak również wiązania wodorowe pomiędzy łańcuchami głównymi, są ważne w tworzeniu dimerów. Badania NMR sztucznych beta-szetów wyjaśniły znaczenie komplementarności wiązań wodorowych, komplementarności rozmiaru i komplementarności chiralnej w tych interakcjach. Te preferencje łączenia w pary pokazują selektywność sekwencji w molekularnym rozpoznawaniu pomiędzy beta-szetami. Badania te pomagają zilustrować znaczenie międzycząsteczkowych oddziaływań typu edge-to-edge pomiędzy beta-szetami w peptydach i białkach. Ostatecznie, te modelowe systemy mogą prowadzić do nowych sposobów kontrolowania oddziaływań pomiędzy beta-arkuszami i leczenia chorób, w które są one zaangażowane.