Sekundärstrukturen

Sekundärstrukturen bezeichnet in der Biologie die regelmäßigen Faltungsmuster von Biomolekülketten, die durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen benachbarten Rückgraten entstehen. Sie sind eine der hierarchischen Stufen der Protein- bzw. Nukleinsäurestruktur und beeinflussen die Funktion der Moleküle.

Bei Proteinen dominieren Alpha-Helix und Beta-Faltblatt. Die Alpha-Helix ist typischerweise rechtsdrehend; Wasserstoffbrückenbindungen zwischen dem Carbonyl-O der Aminosäure i und dem Amid-H der Aminosäure i+4 stabilisieren die Helix. Beta-Faltblätter bestehen aus parallelen oder antiparallelen Strängen, die durch Wasserstoffbrücken verbunden sind und eine pleated sheet bilden. Zusätzlich treten Beta-Turns auf, die kurze Sequenzen umschalten und die Stränge verbinden. Neben diesen Strukturen gibt es flexible Regionen, die als Random Coils bezeichnet werden. Die Sekundärstruktur beeinflusst Stabilität, Faltungsweg, Erkennung durch andere Moleküle und enzymatische Aktivität.

Bei Nukleinsäuren, insbesondere RNA, entsteht Sekundärstruktur durch intramolekulare Basenpaarung. Typische Motive sind Stämme (Helices) und Schleifen, Bulges und Pseudoknoten. Diese Strukturen sind entscheidend für Funktion, Regulation und katalytische Aktivität von RNA-Molekülen.

Bestimmung und Vorhersage erfolgen experimentell durch Röntgenkristallografie, Kernmagnetresonanzspektroskopie und Kryo-Elektronenmikroskopie oder computergestützt durch Vorhersagealgorithmen (z. B. Chou-Fasman, GOR) und Strukturanalysen wie DSSP. Sekundärstruktur ist ein Zwischenniveau der Strukturbeschreibung: Primärstruktur bestimmt Sekundärstruktur, die wiederum Tertiär- und Quartärstruktur beeinflusst.