Aminohappodipeptidi: Pieni mutta yhä vaikutusvaltainen 50 vuoden jälkeen

joulu 22, 2021
admin

Polypeptidiketjun konformaatio voidaan kuvata hyvällä tarkkuudella selkärangan vääntökulmien yksikäsitteisten arvojen avulla – kaksi kullekin aminohappojäännökselle, joita kutsutaan ϕ:ksi ja ψ:ksi (kuva 1); sidosten pituuksille ja sidoskulmille annetaan kiinteät kanoniset arvot, ja peräkkäisiä jäännöksiä yhdistävä peptidisidos on myös kiinnitetty tasorakenteiseksi. Kuten Ramachandran ja työtoverit osoittivat lähes 50 vuotta sitten (1), polypeptidikonformaatioiden jakaumat, jotka on ilmaistu vääntökulmien ϕ ja ψ avulla, on helppo kartoittaa 2D-grafiikoiksi, jotka sittemmin ovat tulleet tunnetuiksi Ramachandranin kuvaajina. Nämä kirjoittajat analysoivat polypeptidiketjun yksittäisen jäännöksen käytettävissä olevia konformaatioita yksinkertaisen mallin avulla, joka sisälsi yksittäisen aminohappojäännöksen lisäksi osia viereisistä jäänteistä välittömästi edeltäviin ja seuraaviin α-hiiliatomeihin asti ja joka näin ollen sisälsi kaksi tasomaista peptidiryhmää; tälle mallille he antoivat (epäsystemaattisen) nimen dipeptidi. Kun he olettivat vakioatomisäteitä ja kielsivät konformaatiot, joissa oli atomisia päällekkäisyyksiä, he havaitsivat, että suhteellisen harvat kahden vaihtelevan vääntökulman yhdistelmät tuottivat suotuisia rakenteita, joissa ei ollut atomisia päällekkäisyyksiä (tummennettu harmaalla kuvassa 1). PNAS-lehdessä Avbelj ja työtoverit (2) esittävät uutta tietoa peptidikonformaatioiden jakautumisesta liuoksessa.

Avbelj ja työtoverit (2) havaitsevat merkittäviä eroja kolmen konformaation osuudessa eri aminohappoja sisältävien dipeptidien välillä ja ovat pystyneet mittaamaan muutoksia koostumuksen, lämpötilan, sivuketjujen ionisoitumistilan ja liuottimen koostumuksen myötä, joiden tiedetään vaikuttavan taitamattomien ketjujen konformaatioon (5). Lyhyiden ketjujen jäännösten konformaatio jakautuu suunnilleen samoin kuin dipeptidien jäännösten konformaatio. Lyhyiden ketjujen jäännösten välinen vuorovaikutus on minimaalista, koska peräkkäisten jäännösten Cα-atomit on erotettu toisistaan kolmella sidoksella, joista yksi on jäykkä peptidisidos (6). Kun ketjuista tulee pidempiä, keskipitkän matkan yhteistoiminnalliset vuorovaikutukset suosivat α-helikaalisen rakenteen muodostumista. Kierteen muodostumisen laajuus edellyttää kuitenkin suotuisaa aminohappokoostumusta jäännösten luontaisen kierrealttiuden ja sellaisten tekijöiden, kuten sivuketjujen välisten kierrettä stabiloivien vuorovaikutusten, kannalta. Nämä edellytykset on todettu laajoissa tutkimuksissa (esim. viite 7). Kun ketjuista tulee yhä pidempiä, sivuketjujen väliset pitkän kantaman vuorovaikutukset ovat mahdollisia. Erityisesti hydrofobisten sivuketjujen välinen vetovoima voi johtaa kokoonpainuneiden, mutta ei kovin järjestäytyneiden rakenteiden, niin sanottujen sulaneiden pallojen, muodostumiseen. Nämä sulat pallot voivat myös muodostua välituotteiksi prosessissa, jossa proteiinin biologisesti aktiivinen, taittunut konformaatio muodostuu taittumattomasta tilasta (8).

Ei ole vielä täysin selvitetty, miten nämä erot konformaatiopreferensseissä liittyvät molekyylirakenteen ja molekyylivuorovaikutusten eroavaisuuksiin, mitä voidaan parhaiten lähestyä molekyylisimulaatioiden avulla. Laajassa käytössä olevat erilaiset voimakentät eivät kuitenkaan ole keskenään kovin yksimielisiä alaniini- ja glysiinidipeptidien konformaatiojakaumista vesiliuoksessa (9). Avbelj ja työtoverit (2) huomauttavat, että äskettäin mitattujen jakaumien yksityiskohtien pitäisi toimia keskeisenä viitekehyksenä tuotettaessa tarkennettua voimakenttää, jota voidaan sitten käyttää entistä varmemmin liuoksessa olevien polypeptidien kokoonpanosimulaatioissa. Mikä tärkeintä, voidaan odottaa, että tämä lisääntynyt tarkkuus parantaa merkittävästi pienten proteiinien taittumisen simuloinnin tarkkuutta atomaarisen esityksen ja eksplisiittisen liuottumisen avulla, mikä on viime aikoina saavutettu tietokonetehon kasvun ja simulointimenetelmien parannusten ansiosta (10, 11). Pienten proteiinien rutiininomainen rakenteen määritys simuloidun taittumisen avulla röntgenkristallografian ja NMR-spektroskopian vaihtoehtona näyttää olevan aivan nurkan takana. Näissä simulaatioissa käytettävien voimakenttien tarkkuus on silloin suurin huolenaihe.

Footnotes

  • ↵1E-mail: hermans{at}med.unc.edu.
  • Author contributions: J.H. kirjoitti artikkelin.

  • Tekijä ilmoittaa, ettei hänellä ole eturistiriitoja.

  • Katso artikkeli sivulla 1794 niteen 108 numerossa 5.

Katso artikkeli sivulla 1794.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.