Aminosyradipeptiden: liten men fortfarande inflytelserik efter 50 år

dec 22, 2021
admin

En polypeptidkedjas konformation kan beskrivas med god noggrannhet med hjälp av en unik uppsättning värden för ryggradets torsionsvinklar – två för varje aminosyrarest – som kallas ϕ och ψ (fig. 1); bindningslängder och bindningsvinklar har fasta kanoniska värden, och peptidbindningen som förbinder på varandra följande rester är också fixerad som en planär struktur. Som Ramachandran och medarbetare visade för nästan 50 år sedan (1) är det lätt att kartlägga fördelningar av polypeptidkonformationer uttryckta i termer av torsionsvinklarna ϕ och ψ i 2D-grafer, som sedan dess har blivit kända som Ramachandran-plottar. Dessa författare analyserade de konformationer som är tillgängliga för en enskild rest i en polypeptidkedja i termer av en enkel modell som förutom en enskild aminosyrarest inkluderade delar av grannresterna så långt som till de omedelbart föregående och efterföljande α-kolatomerna och därmed inkluderade de två plana peptidgrupperna; till denna modell gav de det (osystematiska) namnet dipeptid. När de antog standardiserade atomradier och förbjöd konformationer med atomöverlappning fann de att relativt få kombinationer av de två variabla torsionsvinklarna gav upphov till gynnsamma strukturer utan atomöverlappning (grått skrafferat i fig. 1). I PNAS presenterar Avbelj och medarbetare (2) ny information om fördelningen av peptidkonformationer i lösning.

Avbelj och medarbetare (2) finner betydande skillnader i andelen av de tre konformationerna mellan dipeptider av olika aminosyror och har kunnat mäta förändringar med sammansättning, temperatur, sidokedjans joniseringstillstånd och lösningsmedelsammansättning, som är välkända för att påverka konformationen hos oveckade kedjor (5). Konformationen av rester i korta kedjor fördelar sig ungefär som konformationen av rester i dipeptider. Interaktionen mellan rester i korta kedjor är minimal eftersom Cα-atomerna hos på varandra följande rester är separerade av tre bindningar, varav en är den styva peptidbindningen (6). När kedjorna blir längre gynnar de kooperativa interaktionerna på medellång räckvidd bildandet av sträckor med α-helikala strukturer. Helixbildningens omfattning kräver dock en gynnsam aminosyrasammansättning, när det gäller resternas inneboende helixbenägenhet och faktorer som närvaron av helixstabiliserande interaktioner mellan sidokedjorna. Dessa villkor har fastställts genom omfattande undersökningar (t.ex. ref. 7). När kedjorna blir ännu längre är ytterligare långväga interaktioner mellan sidokedjorna möjliga. I synnerhet kan attraktion mellan hydrofoba sidokedjor leda till att det bildas kollapsade men inte högt ordnade strukturer – så kallade smälta globuler. Dessa smälta globuler kan också bildas som intermediärer i processen för att bilda den biologiskt aktiva, veckade konformationen av ett protein från det oveckade tillståndet (8).

Det återstår ännu att helt och hållet relatera dessa skillnader i konformationspreferens till skillnader i molekylär struktur och molekylära interaktioner, vilket är något som bäst närmar sig med hjälp av molekylära simuleringar. De olika kraftfält som används i stor utsträckning är dock inte särskilt samstämmiga sinsemellan när det gäller konformationsfördelningen av alanin- och glycindipeptider i vattenlösning (9). Avbelj och medarbetare (2) påpekar att detaljerna i de nyligen uppmätta fördelningarna bör tjäna som en viktig referens för att ta fram ett förfinat kraftfält, som sedan kan användas med ökad säkerhet i simuleringar av oveckade polypeptider i lösning. Viktigast av allt är att man kan förvänta sig att denna ökade noggrannhet avsevärt kommer att förbättra noggrannheten i simuleringen av veckningen av små proteiner med hjälp av atomär representation och explicit solvation, vilket nyligen har uppnåtts tack vare ökad datorkraft och förbättringar av simuleringsmetoderna (10, 11). Rutinmässig strukturbestämning av små proteiner genom simulerad veckning, som ett alternativ till röntgenkristallografi och NMR-spektroskopi, verkar vara precis runt hörnet. Noggrannheten hos de kraftfält som används i dessa simuleringar kommer då att vara av största vikt.

Footnotes

  • ↵1E-post: hermans{at}med.unc.edu.
  • Author contributions: J.H. skrev artikeln.

  • Författaren har inga intressekonflikter.

  • Se artikel på sidan 1794 i nummer 5 av volym 108.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.