Dipeptyd aminokwasowy: mały, ale wciąż wpływowy po 50 latach

gru 22, 2021
admin

Konformacja łańcucha polipeptydowego może być opisana z dobrą dokładnością w kategoriach unikalnego zestawu wartości kątów skręcania szkieletu – dwóch dla każdej reszty aminokwasowej, zwanych ϕ i ψ (Rys. 1); długości wiązań i kąty wiązań mają stałe wartości kanoniczne, a wiązanie peptydowe łączące kolejne reszty jest również ustalone jako struktura planarna. Jak wykazali Ramachandran i współpracownicy prawie 50 lat temu (1), łatwo jest odwzorować rozkłady konformacji polipeptydów wyrażonych kątami skręcenia ϕ i ψ na dwuwymiarowych wykresach, które od tego czasu znane są jako wykresy Ramachandrana. Autorzy ci analizowali konformacje dostępne dla pojedynczej reszty w łańcuchu polipeptydowym w kategoriach prostego modelu, który obejmował, oprócz pojedynczej reszty aminokwasowej, czę¶ć s±siednich reszt aż do bezpo¶rednio poprzedzaj±cych i następuj±cych po nich atomów węgla α, a więc obejmował dwie planarne grupy peptydowe; modelowi temu nadali (niesystematyczn±) nazwę dipeptydu. Gdy założyli standardowe promienie atomowe i nie dopuszczali konformacji z nakładaniem się atomów, stwierdzili, że stosunkowo niewiele kombinacji dwóch zmiennych kątów skręcenia daje korzystne struktury bez nakładania się atomów (zacienione na szaro na Rys. 1). W PNAS, Avbelj i współpracownicy (2) przedstawiają nowe informacje na temat rozkładu konformacji peptydów w roztworze.

Avbelj i współpracownicy (2) znaleźli znaczące różnice w proporcji trzech konformacji pomiędzy dipeptydami różnych aminokwasów i byli w stanie zmierzyć zmiany w składzie, temperaturze, stanie jonizacji łańcucha bocznego i składzie rozpuszczalnika, które są dobrze znane jako wpływające na konformację rozwiniętych łańcuchów (5). Konformacja reszt w krótkich łańcuchach rozkłada się w przybliżeniu tak, jak konformacja reszt w dipeptydach. Oddziaływanie pomiędzy resztami w krótkich łańcuchach jest minimalne, ponieważ atomy Cα kolejnych reszt oddzielone są trzema wiązaniami, z których jedno jest sztywnym wiązaniem peptydowym (6). W miarę wydłużania się łańcuchów, kooperatywne oddziaływania średniego zasięgu sprzyjają tworzeniu się odcinków o strukturze α-helikalnej. Jednakże, zakres tworzenia helisy wymaga korzystnego składu aminokwasów, pod względem wewnętrznej skłonności reszt do tworzenia helis oraz czynników takich jak obecność oddziaływań stabilizujących helisę pomiędzy łańcuchami bocznymi. Warunki te zostały ustalone w wyniku szeroko zakrojonych badań (np., ref. 7). Gdy łańcuchy stają się jeszcze dłuższe, możliwe są dodatkowe oddziaływania dalekiego zasięgu pomiędzy łańcuchami bocznymi. W szczególności, przyciąganie pomiędzy hydrofobowymi łańcuchami bocznymi może prowadzić do tworzenia się zwiniętych, ale nie wysoce uporządkowanych struktur – tak zwanych stopionych globul. Te stopione globulki mogą również tworzyć jako pośrednie w procesie formowania biologicznie aktywnych, składane konformacji białka z unfolded state (8).

Jeszcze pozostaje całkowicie odnieść te różnice w preferencji konformacji do różnic w strukturze molekularnej i oddziaływań molekularnych, coś, co jest najlepiej zbliżyć się z pomocą symulacji molekularnych. Jednakże, różne pola siłowe, które są w powszechnym użyciu, nie są zgodne między sobą w zakresie rozkładu konformacyjnego dipeptydów alaninowych i glicynowych w roztworze wodnym (9). Avbelj i współpracownicy (2) zwracają uwagę, że szczegóły nowo zmierzonych rozkładów powinny posłużyć jako kluczowy punkt odniesienia przy tworzeniu wyrafinowanego pola siłowego, które może być następnie użyte z większym zaufaniem w symulacjach rozwiniętych polipeptydów w roztworze. Co najważniejsze, można oczekiwać, że ta zwiększona dokładność znacząco poprawi dokładność symulacji fałdowania małych białek z wykorzystaniem reprezentacji atomowej i jawnej solwatacji, co zostało ostatnio osiągnięte dzięki zwiększeniu mocy komputerów i udoskonaleniu metod symulacji (10, 11). Rutynowe oznaczanie struktury małych białek metodą symulowanego fałdowania, jako alternatywa dla krystalografii rentgenowskiej i spektroskopii NMR, wydaje się być tuż za rogiem. Dokładność pól siłowych używanych w tych symulacjach będzie wtedy przedmiotem największej troski.

Footnotes

  • ↵1E-mail: hermans{at}med.unc.edu.
  • Wkład autorów: J.H. napisał pracę.

  • Autor nie zgłasza konfliktu interesów.

  • Zobacz artykuł towarzyszący na stronie 1794 w numerze 5 tomu 108.

.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.