Az aminosav-dipeptid: Kicsi, de 50 év után is befolyásos

dec 22, 2021
admin

A polipeptidlánc konformációja jó pontossággal leírható a gerinc torziós szögeinek egyedi értékkészletével – aminosavmaradékonként kettő, az úgynevezett ϕ és ψ (1. ábra); a kötéshosszok és a kötésszögek fix kanonikus értékeket kapnak, és az egymást követő maradékokat összekötő peptidkötés is síkbeli szerkezetként van rögzítve. Amint azt Ramachandran és munkatársai közel 50 évvel ezelőtt megmutatták (1), a ϕ és ψ torziós szögek alapján kifejezett polipeptidkonformációk eloszlása könnyen leképezhető 2D-s grafikonokon, amelyek azóta Ramachandran-diagram néven váltak ismertté. Ezek a szerzők a polipeptidlánc egyetlen maradékához elérhető konformációkat egy olyan egyszerű modell alapján elemezték, amely az egyetlen aminosavmaradék mellett a szomszédos maradékok egy részét is magában foglalta a közvetlenül megelőző és az azt követő α-szénatomokig, tehát a két síkbeli peptidcsoportot is; ennek a modellnek adták a (rendszertelen) dipeptid nevet. Amikor standard atomsugarakat feltételeztek, és nem engedélyezték az atomi átfedéssel rendelkező konformációkat, azt találták, hogy a két változó torziós szög viszonylag kevés kombinációja eredményez kedvező, atomi átfedés nélküli szerkezeteket (az 1. ábrán szürkén árnyékolva). A PNAS-ban Avbelj és munkatársai (2) új információkat mutatnak be a peptidkonformációk oldatban való eloszlásáról.

Avbelj és munkatársai (2) jelentős különbségeket találtak a három konformáció arányában a különböző aminosavakból álló dipeptidek között, és képesek voltak mérni a változásokat az összetétel, a hőmérséklet, az oldalláncok ionizációs állapota és az oldószer összetétele függvényében, amelyekről jól ismert, hogy befolyásolják a kibontott láncok konformációját (5). A rövid láncok maradékainak konformációja megközelítőleg úgy oszlik el, mint a dipeptidek maradékainak konformációja. A rövid láncokban a maradékok közötti kölcsönhatás minimális, mivel az egymást követő maradékok Cα atomjait három kötés választja el egymástól, amelyek közül az egyik a merev peptidkötés (6). Ahogy a láncok hosszabbak lesznek, a közepes hatótávolságú kooperatív kölcsönhatások az α-hélix szerkezetű szakaszok kialakulásának kedveznek. A hélixképződés mértékéhez azonban kedvező aminosav-összetételre van szükség, a maradékok saját hélixre való hajlamának és olyan tényezőknek a szempontjából, mint például az oldalláncok közötti hélixstabilizáló kölcsönhatások jelenléte. Ezeket a feltételeket kiterjedt vizsgálatokkal állapították meg (pl. 7. hivatkozás). Ahogy a láncok még hosszabbak lesznek, további hosszú távú kölcsönhatások lehetségesek az oldalláncok között. Különösen a hidrofób oldalláncok közötti vonzás vezethet összeesett, de nem erősen rendezett szerkezetek – úgynevezett olvadt gömbök – kialakulásához. Ezek az olvadt globulák a fehérje biológiailag aktív, összehajtott konformációjának a kibontatlan állapotból történő kialakulásának a folyamatában köztes termékként is kialakulhatnak (8).

A konformációs preferenciában mutatkozó különbségeket még nem sikerült teljesen összefüggésbe hozni a molekulaszerkezet és a molekuláris kölcsönhatások különbségeivel, amit leginkább a molekuláris szimulációk segítségével lehet megközelíteni. A széles körben használt különböző erőterek azonban nem nagyon egyeznek meg egymással az alanin- és glicin-dipeptidek konformációs eloszlását illetően vizes oldatban (9). Avbelj és munkatársai (2) rámutatnak, hogy az újonnan mért eloszlások részleteinek kulcsfontosságú referenciaként kell szolgálniuk egy finomított erőtér előállításához, amelyet aztán nagyobb biztonsággal lehet használni az oldatban lévő, kibontott polipeptidek szimulációiban. Ami a legfontosabb, azt várhatjuk, hogy ez a megnövekedett pontosság jelentősen javítani fogja a kis fehérjék hajtogatásának atomi reprezentáció és explicit szolvatáció alkalmazásával történő szimulációjának pontosságát, amit a közelmúltban sikerült elérni a számítógépek teljesítményének növekedésének és a szimulációs módszerek javulásának köszönhetően (10, 11). Úgy tűnik, hogy a kis fehérjék rutinszerű szerkezetmeghatározása szimulált hajtogatással, a röntgenkrisztallográfia és az NMR-spektroszkópia alternatívájaként, már csak a küszöbön áll. Az ezekben a szimulációkban használt erőterek pontossága lesz akkor a legnagyobb gond.

Footnotes

  • ↵1E-mail: hermans{at}med.unc.edu.
  • Author contributions: J.H. írta a cikket.

  • A szerző nem nyilatkozik összeférhetetlenségről.

  • Lásd a kísérő cikket a 108. kötet 5. számának 1794. oldalán.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.