Aminosyredipeptidet: Lille, men stadig indflydelsesrig efter 50 år
Konformationen af en polypeptidkæde kan beskrives med god nøjagtighed ved hjælp af et unikt sæt værdier af torsionsvinkler på rygraden – to for hver aminosyrerest – kaldet ϕ og ψ (fig. 1); bindingslængder og bindingsvinkler har faste kanoniske værdier, og peptidbindingen, der forbinder på hinanden følgende rester, er også fastlåst som en planar struktur. Som det blev vist af Ramachandran og kolleger for næsten 50 år siden (1), er det let at kortlægge fordelinger af polypeptidkonformationer udtrykt ved torsionsvinklerne ϕ og ψ i 2D-grafer, som siden er blevet kendt som Ramachandran-plots. Disse forfattere analyserede de konformationer, der er tilgængelige for en enkelt rest i en polypeptidkæde, ud fra en simpel model, der ud over en enkelt aminosyrerest også omfattede dele af naboresterne indtil de umiddelbart foregående og efterfølgende α-kulstofatomer og således omfattede de to plane peptidgrupper; til denne model gav de det (usystematiske) navn dipeptid. Når de antog standardatomradier og ikke tillod konformationer med atomart overlap, fandt de, at relativt få kombinationer af de to variable torsionsvinkler producerede gunstige strukturer uden atomart overlap (gråtonet gråtonet i fig. 1). I PNAS præsenterer Avbelj og medarbejdere (2) nye oplysninger om fordelingen af peptidkonformationer i opløsning.
Avbelj og medarbejdere (2) finder betydelige forskelle i andelen af de tre konformationer mellem dipeptider af forskellige aminosyrer og har været i stand til at måle ændringer med sammensætning, temperatur, sidekædens ioniseringstilstand og opløsningsmidlets sammensætning, som er velkendte for at påvirke konformationen af udfoldede kæder (5). Konformationen af rester i korte kæder fordeler sig omtrent som konformationen af rester i dipeptider. Interaktionen mellem resterne i korte kæder er minimal, fordi Cα-atomerne i de på hinanden følgende rester er adskilt af tre bindinger, hvoraf den ene er den stive peptidbinding (6). Efterhånden som kæderne bliver længere, begunstiger de kooperative interaktioner på mellemlang rækkevidde dannelsen af strækninger med α-helikal struktur. Omfanget af helixdannelsen kræver imidlertid en gunstig aminosyresammensætning med hensyn til resternes iboende helix-fremkommelighed og faktorer som f.eks. tilstedeværelsen af helix-stabiliserende interaktioner mellem sidekæderne. Disse betingelser er blevet fastlagt ved omfattende undersøgelser (f.eks. ref. 7). Efterhånden som kæderne bliver endnu længere, er der mulighed for yderligere langtrækkende interaktioner mellem sidekæderne. Især kan tiltrækning mellem hydrofobiske sidekæder føre til dannelse af sammenklappede, men ikke højt ordnede strukturer – såkaldte smeltede kugler. Disse smeltede kugler kan også dannes som mellemprodukter i processen med at danne den biologisk aktive, foldede konformation af et protein fra den udfoldede tilstand (8).
Det er endnu ikke lykkedes at relatere disse forskelle i konformationspræference fuldstændigt til forskelle i molekylær struktur og molekylære interaktioner, hvilket bedst kan gøres ved hjælp af molekylære simuleringer. De forskellige kraftfelter, der er i udbredt brug, er imidlertid ikke særlig enige indbyrdes med hensyn til konformationsfordelingerne af alanin- og glycin-dipeptider i vandig opløsning (9). Avbelj og kolleger (2) påpeger, at detaljerne i de nyligt målte fordelinger bør tjene som en vigtig reference til fremstilling af et forfinet kraftfelt, som derefter kan anvendes med øget sikkerhed i simuleringer af ufoldede polypeptider i opløsning. Vigtigst af alt kan man forvente, at denne øgede nøjagtighed vil forbedre nøjagtigheden af simulering af foldning af små proteiner med brug af atomar repræsentation og eksplicit solvering betydeligt, hvilket for nylig er blevet opnået takket være stigninger i computerkraft og forbedringer i simuleringsmetoderne (10, 11). Rutinemæssig strukturbestemmelse af små proteiner ved simuleret foldning, som et alternativ til røntgenkrystallografi og NMR-spektroskopi, synes at være lige rundt om hjørnet. Nøjagtigheden af de kraftfelter, der anvendes i disse simuleringer, vil da være af største betydning.
Footnotes
- ↵1E-mail: hermans{at}med.unc.edu.
-
Author contributions: J.H. har skrevet artiklen.
-
Forfatteren erklærer ingen interessekonflikter.
-
Se ledsagende artikel på side 1794 i nummer 5 af bind 108.