Il dipeptide aminoacido: piccolo ma ancora influente dopo 50 anni
La conformazione di una catena polipeptidica può essere descritta con buona precisione in termini di un unico insieme di valori degli angoli di torsione della spina dorsale – due per ogni residuo aminoacidico – chiamati ϕ e ψ (Fig. 1); le lunghezze e gli angoli di legame sono dati valori canonici fissi, e anche il legame peptidico che collega i residui successivi è fissato come una struttura planare. Come è stato dimostrato da Ramachandran e colleghi quasi 50 anni fa (1), è facile mappare le distribuzioni delle conformazioni polipeptidiche espresse in termini di angoli di torsione ϕ e ψ in grafici 2D, che da allora sono diventati noti come diagrammi di Ramachandran. Questi autori hanno analizzato le conformazioni disponibili per un singolo residuo in una catena polipeptidica in termini di un semplice modello che includeva, oltre al singolo residuo aminoacidico, parti dei residui vicini fino agli atomi di carbonio α immediatamente precedenti e successivi e, quindi, includeva i due gruppi peptidici planari; a questo modello hanno dato il nome (non sistematico) di dipeptide. Quando assunsero raggi atomici standard e non permisero conformazioni con sovrapposizione atomica, trovarono che relativamente poche combinazioni dei due angoli di torsione variabili producevano strutture favorevoli senza sovrapposizione atomica (grigio ombreggiato in Fig. 1). In PNAS, Avbelj e collaboratori (2) presentano nuove informazioni sulla distribuzione della conformazione dei peptidi in soluzione.
Avbelj e collaboratori (2) trovano differenze significative nella proporzione delle tre conformazioni tra i dipeptidi di diversi amminoacidi e sono stati in grado di misurare i cambiamenti con la composizione, la temperatura, lo stato di ionizzazione della catena laterale e la composizione del solvente, che sono ben noti per influenzare la conformazione delle catene non piegate (5). La conformazione dei residui nelle catene corte si distribuisce approssimativamente come quella dei residui nei dipeptidi. L’interazione tra i residui nelle catene corte è minima perché gli atomi di Cα dei residui successivi sono separati da tre legami, uno dei quali è il legame peptidico rigido (6). Quando le catene diventano più lunghe, le interazioni cooperative a medio raggio favoriscono la formazione di tratti di struttura α-elica. Tuttavia, il grado di formazione dell’elica richiede una composizione aminoacidica favorevole, in termini di propensione intrinseca all’elica dei residui e di fattori come la presenza di interazioni stabilizzanti l’elica tra le catene laterali. Queste condizioni sono state stabilite da ampie indagini (per esempio, rif. 7). Quando le catene diventano ancora più lunghe, sono possibili ulteriori interazioni a lungo raggio tra le catene laterali. In particolare, l’attrazione tra catene laterali idrofobiche può portare alla formazione di strutture collassate ma non altamente ordinate, i cosiddetti globuli fusi. Questi globuli fusi possono anche formarsi come intermedi nel processo di formazione della conformazione ripiegata biologicamente attiva di una proteina dallo stato dispiegato (8).
Ad oggi resta da mettere completamente in relazione queste differenze di preferenza conformazionale con le differenze nella struttura molecolare e nelle interazioni molecolari, qualcosa che è meglio affrontare con l’aiuto di simulazioni molecolari. Tuttavia, i vari campi di forza che sono in largo uso non concordano bene tra di loro sulle distribuzioni conformazionali dei dipeptidi di alanina e glicina in soluzione acquosa (9). Avbelj e colleghi (2) sottolineano che i dettagli delle distribuzioni appena misurate dovrebbero servire come riferimento chiave per produrre un campo di forza raffinato, che può poi essere usato con maggiore fiducia nelle simulazioni di polipeptidi dispiegati in soluzione. La cosa più importante è che ci si può aspettare che questa maggiore accuratezza migliori significativamente la precisione della simulazione del ripiegamento di piccole proteine con l’uso della rappresentazione atomica e della solvatazione esplicita, che è stata recentemente raggiunta grazie all’aumento della potenza dei computer e ai miglioramenti nei metodi di simulazione (10, 11). La determinazione di routine della struttura di piccole proteine tramite il ripiegamento simulato, come alternativa alla cristallografia a raggi X e alla spettroscopia NMR, sembra essere dietro l’angolo. L’accuratezza dei campi di forza usati in queste simulazioni sarà allora di grande interesse.
Note
- ↵1E-mail: hermans{at}med.unc.edu.
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Contributi degli autori: J.H. ha scritto l’articolo.
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L’autore non dichiara alcun conflitto di interessi.
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Vedi articolo di accompagnamento a pagina 1794 nel numero 5 del volume 108.