الحلزون الثلاثي

في مجالي الهندسة والكيمياء الحيوية ، يُعرف الحلزون الثلاثي ( جمع : حلزونات ثلاثية ) بأنه مجموعة من ثلاثة حلزونات هندسية متطابقة لها نفس المحور ، وتختلف في موضعها بإزاحة على طول هذا المحور. وهذا يعني أن كل حلزون من هذه الحلزونات يحافظ على نفس المسافة من المحور المركزي. وكما هو الحال مع الحلزون الأحادي، يمكن تمييز الحلزون الثلاثي من خلال طوله وقطره واتجاهه. ومن أمثلة الحلزونات الثلاثية: الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين ثلاثي السلاسل ^{[ 1 ]} ، والحمض النووي الريبوزي ثلاثي السلاسل ^{[ 2 ]} ، وحلزون الكولاجين [ 3 ^{] ، والبروتينات} الشبيهة بالكولاجين .

يُطلق على الحلزون الثلاثي هذا الاسم لأنه يتكون من ثلاثة حلزونات منفصلة . تشترك كل حلزونة من هذه الحلزونات في نفس المحور، لكنها لا تشغل نفس الحيز لأن كل حلزونة تتحرك بزاوية حول هذا المحور. عمومًا، تعتمد هوية الحلزون الثلاثي على نوع الحلزونات التي تُكوّنه. على سبيل المثال: الحلزون الثلاثي المُكوّن من ثلاثة خيوط من بروتين الكولاجين هو حلزون ثلاثي من الكولاجين، والحلزون الثلاثي المُكوّن من ثلاثة خيوط من الحمض النووي DNA هو حلزون ثلاثي من الحمض النووي DNA.

كما هو الحال مع أنواع الحلزونات الأخرى، تتميز الحلزونات الثلاثية باتجاه دوران: يمين أو يسار. يتحرك الحلزون اليميني حول محوره باتجاه عقارب الساعة من البداية إلى النهاية. أما الحلزون اليساري فهو صورة معكوسة للحلزون اليميني، ويتحرك حول محوره عكس اتجاه عقارب الساعة من البداية إلى النهاية. ^{[ 4 ]} تُحدد بداية ونهاية الجزيء الحلزوني بناءً على علامات معينة فيه لا تتغير بسهولة. على سبيل المثال: بداية البروتين الحلزوني هي طرفه الأميني (N-terminus) ، وبداية شريط الحمض النووي (DNA) المفرد هي طرفه 5' . ^{[ 4 ]}

يتكون الحلزون الثلاثي للكولاجين من ثلاثة ببتيدات كولاجين، يشكل كل منها حلزونًا متعدد البرولين يساريًا. [ 5 ^{] وعندما تتحد} السلاسل الثلاث، يتخذ الحلزون الثلاثي اتجاهًا يمينيًا. يتكون ببتيد الكولاجين من تكرارات Gly -XY، حيث يكون الحمض الأميني الثاني (X) عادةً برولين ، والثالث (Y) هيدروكسي برولين. ^{[ 6 ] [ 5 ]}

يتكون الحلزون الثلاثي للحمض النووي من ثلاثة خيوط منفصلة، ​​كل منها موجه بحيث يكون هيكل السكر/الفوسفات على السطح الخارجي للحلزون، والقواعد على السطح الداخلي. القواعد هي الجزء الأقرب إلى محور الحلزون الثلاثي، بينما الهيكل هو الجزء الأبعد عنه. يشغل الخيط الثالث الأخدود الرئيسي في الحمض النووي المزدوج الطبيعي نسبيًا. ^{[ 7 ]} تترتب القواعد في الحمض النووي الثلاثي لتتوافق وفقًا لنمط اقتران قواعد هوغستين . ^{[ 8 ]} وبالمثل، تتشكل الحلزونات الثلاثية للحمض النووي الريبي نتيجة لتكوين روابط هيدروجينية بين جزيء RNA أحادي السلسلة وجزيء RNA مزدوج؛ يتكون الجزيء المزدوج من اقتران قواعد واتسون-كريك، بينما يرتبط الخيط الثالث عبر اقتران قواعد هوغستين. ^{[ 9 ]}

يتميز الحلزون الثلاثي للكولاجين بعدة خصائص تزيد من استقراره. فعندما يُدمج البرولين في الموقع Y من تسلسل Gly-XY، فإنه يخضع لتعديل ما بعد الترجمة ليصبح هيدروكسي برولين . ^{[ 10 ]} يستطيع الهيدروكسي برولين تكوين تفاعلات مواتية مع الماء، مما يُثبّت الحلزون الثلاثي لأن بقايا Y تكون متاحة للمذيب في بنية الحلزون الثلاثي. كما ترتبط الحلزونات الفردية معًا بواسطة شبكة واسعة من روابط الهيدروجين بين السلاسل، حيث تُساهم كل رابطة منها بحوالي -2 كيلو كالوري/مول في الطاقة الحرة الكلية للحلزون الثلاثي. ^{[ 5 ]} لا يحمي تكوين الحلزون الفائق بقايا الجليسين الأساسية في الجزء الداخلي من الحلزون فحسب، بل يحمي البروتين ككل من التحلل البروتيني. ^{[ 6 ]}

تُثبَّت جزيئات الحمض النووي DNA وRNA ذات البنية الحلزونية الثلاثية بواسطة العديد من القوى نفسها التي تُثبِّت جزيئات الحمض النووي DNA ذات السلاسل المزدوجة. ونظرًا لتوجيه قواعد النيوكليوتيدات نحو داخل الحلزون، بالقرب من محوره، فإنها تُكوِّن روابط هيدروجينية مع قواعد أخرى. وتمنع القواعد المرتبطة في المركز وصول الماء، لذا فإن التأثير الكاره للماء يُعدّ بالغ الأهمية في تثبيت جزيئات الحمض النووي DNA ذات البنية الحلزونية الثلاثية. ^{[ 4 ]}