A glicin és a pre-prolin Ramachandran-diagramjai
- egy nem redundáns PDB adatkészlet
- régiók a glicin Ramachandran parcellában
- Szterikus kölcsönhatások glicinben
- dipól-dipól kölcsönhatások a glicinben
- A Pre-prolin Ramachandran – diagram
- Szterikus kölcsönhatások a pre-prolin gerincben
- kölcsönhatások, amelyek stabilizálják a pre-prolin (pre-prolin) régiót
egy nem redundáns PDB adatkészlet
a glicin és a pre-prolin Ramachandran-diagramok statisztikai eloszlásának kinyeréséhez a Richardson laboratórium által biztosított 500 nem homológ fehérje nagy felbontású részhalmazát választottuk. Ezeknek a fehérjéknek a felbontása jobb, mint 1,8 hektár, ahol az összes hidrogénatomot a gerincből vetítették ki, és a csomagolás szempontjából optimalizálták. Richardsonék után csak azokat az atomokat vesszük figyelembe, amelyek B-tényezője kisebb, mint 30.
régiók a glicin Ramachandran parcellában
a glicin alapvetően különbözik a többi aminosavtól abban, hogy nincs oldallánca. Különösen a glicinnek nincs C 6 atomja, amely sok szterikus összecsapást indukál a generikus Ramachandran-diagramban. A többi aminosavval megosztott hidrogénatomot Ha1 atomnak nevezzük. A hidrogénatomot, amely helyettesíti a C-t, ha-nak Hívjuk2 atom. A C ++ atom hiánya lehetővé teszi, hogy a glicin Ramachandran-diagram -180 és 180 (1a.ábra).
a megfigyelt glicin térképnek 5 sűrűségi régiója van . Annak érdekében, hogy a kijelzőn a megfigyelt sűrűség egy folyamatos régióban, mi a shift a koordinátákat a φ-ψ, hogy φ’-ψ’, ahol φ’: 0° << 360° – os, valamint ψ’: -90° << 270°. Az eltolt glicin Ramachandran parcellával (3a ábra) egyértelműen azonosíthatjuk a különböző régiókat. A vízszintes sáv mentén (~180) három különböző régió van. Ezek közül az egyik a generikus Ramachandran-diagram hosszúkásabb változata. Az ons régió megfelel a poliprolin II struktúrának, amely kiterjesztett Balkezes hélixet képez a fehérjelánc mentén . A ++ – PR régió tükrözi a + – p régiót, ahol a glicin-maradványok sorozata a + – p konformáció jobbkezes hélixet képez. Végül van egy olyan régió, amely megfelel a generikus Ramachandran-diagram ons régiójának. Ez a régió megfelel a szermaradványok kiterjesztett konformációjának a 6-lapokban. Azonban a glicin kb régió, középpontja: ( ~ , ~ ‘) = (180°, 180°), kissé eltolódott a generikus Ramachandran-parcella ons régiójából. Ott vannak még a diagonális és az al régiók (3a ábra), amelyek a hélixekhez és a fordulókhoz kapcsolódnak . A generikus Ramachandran-diagramtól eltérően a glicin-tartomány szimmetrikus az aL-régióval. A generikus Ramachandran-diagramban van egy is a hidrogénkötésű (hidrogénkötésű) tartománynak megfelelő mérföldkő . A glycine Ramachandran-diagramnak nincs sűrűsége a 6.régióban.
glicin paraméterek. (A)A Ramachandran-diagram eltolt koordinátákban (!) (!) – (!). A szaggatott vonalak a megfigyelt sűrűségek határait meghatározó szterikus ütközéseket mutatják (a 2B.ábra a specifikus kölcsönhatásokat írja le). (B) a különböző atomok közötti kölcsönhatások eloszlása a (Z) függvényében. A szaggatott vonal a VDW átmérők határát mutatja. A szürke vonal adja az ideális geometriával számított modellgörbét. Alul van a frekvenciaeloszlás a! \ \ ‘ szög. C) A D(O···H) atomok közötti távolság Frekvenciaeloszlása. Vannak 3 csúcsok, amelyek közül a legkisebb a d (O· * * H) = 2,4 6, amely megfelel az a + s régió.
Szterikus kölcsönhatások glicinben
a glicin eredeti szterikus térképe (2a.ábra) nem magyarázza meg a megfigyelt glicin Ramachandran-diagram nagy részeit (1a. ábra). A megfigyelt glicin egészséges személyeknél (3A Ábra), két nagy kizárt vízszintes csíkok 50° <<<< -50°, amely nem kizárt, hogy a glicin steric térkép (2A Ábra). Ezzel szemben a glicin-szterikus térkép kizár egy vízszintes sávot -30! \ n < CA’ 30! \ ” (2a.ábra)\”, de ez a régió a megfigyelt ábrán lakott (1a. ábra). A megfigyelt glicin Ramachandran-diagramban vannak átlós szterikus határok is (1a.ábra), míg a szterikus térkép függőleges határokat jósol (2a. ábra).
elvégeztük a glicin szterikus térképének újraértékelését (2b ábra) A Ho és munkatársai módszertanának követésével . A glicin gerincének minden egyes kölcsönhatása esetén figyelembe vesszük az atomok közötti távolság variációját a! \ – \ – \ – \ szögek. Összehasonlítjuk a megfigyelt variációt a kanonikus gerincgeometriát használó modell által generált variációval. Ezeket az interakciókat 3 kategóriába osztjuk: a’ függő’,’függő’ és ‘-függő ‘ távolságok.
egyes kölcsönhatások esetében a glicin eredményei megegyeznek a generikus Ramachandran-diagram eredményeivel . A rövidség kedvéért kihagyjuk ezeknek a kölcsönhatásoknak az elemzését, és összefoglaljuk az eredményeket. A kizárt vízszintes sáv -30! <<<, a glicin-szterikus térkép N···hi+1 szterikus kölcsönhatása miatt (2a.ábra), nem létezik a megfigyelt eloszlásban (1a. ábra). Hasonlóképpen, az Oi-1···C szterikus összecsapás az eredeti glicin-szterikus térképen, amely kizárja a függőleges csíkot, amelynek középpontjában a következők állnak: 6′ = 0 (2a.ábra), a megfigyelt eloszlásban nem létezik (1a. ábra). Figyelmen kívül hagyjuk az N···Hi+1 és Oi hatását-1···C szterikus összecsapások. A megfigyelt Eloszlás átlós határait az Oi által definiált, a’-‘ – ‘ – ‘ – ‘ együttfüggő szterikus kölcsönhatások határozzák meg-1···O és Oi-1···Ni + 1. A 3a. ábrán bemutatjuk ezeknek a szterikus kölcsönhatásoknak az adatokhoz való illeszkedését.
itt elemezzük a glicin Ramachandran – diagram legjellegzetesebb jellemzőjét-azt a tendenciát, hogy a kontinensek 180 és 0 mérföldkő közelében csoportosulnak. A fő cél az, hogy a’-függő ‘ kölcsönhatások. Minden interakcióhoz először kiszámítjuk a megfelelő atomközi távolság modellgörbéjét a függvényében 6 ‘ (lásd módszerek). Ezután összehasonlítjuk a megfigyelt (a 3B. ábra alján található) eloszlást a görbével. Ha a keménygömb-taszítás korlátozza a ‘- t, akkor a ‘azon tartományaiban, ahol a modellgörbe a van der Waals (VDW) átmérő alatt van (vízszintes szaggatott vonal a 3B.ábrán), a’ frekvencia-eloszlásnak ennek megfelelően csökkennie kell.
a régióban (60 ++ < ons’ < 100 60db) azt találjuk, hogy a csökkenés a (3B.ábra alsó része) HA1···ni+1 (3B. ábra alsó része) és Ha2···O (3B. ábra felső része) értékeinek felel meg, amelyek kisebbek, mint a VDW értékük átmérők. A régióban (-90° <<<< 270°), a kiszállási a ψ gyakorisági eloszlás megfelel a régiókban, ahol Ha2···Ni+1, Ha1···O alatt található a VDW sugarak. Ezzel szemben a Ha1···Hi+1 és Ha2···Hi+1 értékek soha nem találhatók szignifikánsan a VDW átmérőjük alatt (a 3B ábra közepe).
a glicinben megfigyelt addikció a HA1···O, Ha2···O, Ha1···Ni+1 és Ha2···ni+1 szterikus összecsapásoknak köszönhető. Egyszerű értelmezés, hogy a glycintől való függés olyan konformációkból származik, amelyek vagy a Ni+1 vagy O atom a két Ha atom között (4a ábra). Az eloszlásokban megfigyelt határértékeket a 3a. ábra vízszintes vonalakként rajzolta meg.
pálcikaember ábrázolása glicin és pre-prolin. (A) – glicin a ψ ~ 180° felépítésű, ahol a Ni+1 atom szendvics, a kettő között Ha az atomok, illetve (B) pre-prolin a gyöke felépítésű, ahol az Oi-1 atom együttműködik a Hδ atomok a következő prolin.
így megkapjuk a glicin felülvizsgált szterikus térképét, amely az Oi szterikus összecsapásokból áll-1···O, Oi-1···Ni + 1, Ha1 * ··O, Ha2···O, Ha1···Ni+1 és Ha2· * * Ni+1. A CHARMM22 paramétereinek felhasználásával kiszámítjuk a Lennard-Jones 12-6 potenciált a felülvizsgált szterikus összecsapások miatt (5a ábra). A megfigyelt Eloszlás alakjának nagy részét a minimális energiájú régió adja (3a ábra).
dipól-dipól kölcsönhatások glicinben. A tengelyek az eltolt’-‘ – ‘ szögben jelennek meg . (A) A szterikus ütközések felülvizsgált halmazának Lennard-Jones 12-6 potenciáljának energiaterv; (b) minden elektrosztatikus kölcsönhatás; (c)-(f) A glicin gerincének egyedi dipól-dipól kölcsönhatásai (lásd az 1a.ábrát a dipólusok gerincének vázlatáról). Az energia paramétereket a CHARMM22-ből vettük. A világos területek a minimális energiájú régiókat mutatják.
dipól-dipól kölcsönhatások a glicinben
a felülvizsgált glicin-szterikus térkép nem magyarázza meg az átlós alakzatot a kontinensek között. Az Általános Ramachandran-diagramban azt találták, hogy a régiók átlós alakja elektrosztatikus dipól-dipól kölcsönhatásokkal reprodukálható, de csak akkor, ha a dipól-dipól kölcsönhatásokat külön-külön vesszük figyelembe. A teljes elektrosztatikus kölcsönhatás nem reprodukálja a megfigyelt Ramachandran-diagramot . Itt ugyanazt a megközelítést alkalmazzuk az egyes elektrosztatikus dipól-dipól kölcsönhatások kezelésére a glicin gerinc mentén.
kiszámítjuk a 4 dipól-dipól kölcsönhatás energiatérképét a glicin gerinc kölcsönhatásában: COi-1···CO, NH * * * NHi + 1, CO * * * NH és COi-1···NHi + 1 (5c-F ábra). Az elektrosztatikus kölcsönhatásokat a fenti szakaszban azonosított szterikus összecsapások Lennard-Jones potenciáljával számoljuk. Megállapítottuk, hogy a glicin Ramachandran-diagram különböző régióinak alakjai (3a.ábra) reprodukálódnak (5. ábra). A CO * * * NH kölcsönhatás adja meg az al diagonális tartományt (5e.ábra). Az NH * * * NHi+1 kölcsönhatás egy diagonális al és 6D tartományt is eredményez (5D ábra). Az al-tartomány szimmetrikus az al-régióval. Az Országinformáció-1···A CO-kölcsönhatás minimumokat hoz létre, amelyek megfelelnek a (z) ~ p és ~ ~ p régiónak (5c.ábra).
az eredeti glicin-szterikus térképen (2a. ábra) az O és H közötti szterikus összecsapás miatt tilos a közel-keleti régió (-180, -180, -180, -180, -180, -180, -180, -). A glicin sűrűsége azonban ebben a régióban a megfigyelt Ramachandran-parcellában van (3a ábra). Ez látható a D(O···H) frekvenciaeloszlásában is (3C ábra), ahol a csúcs d(O···H) ~ 2,4-nél van. Ezen a csúcson az O és a H atomok érintkeznek, mivel a VDW átmérő 2,5 hektár. Így a glicin ons régiójában a kedvező CO * * * HN dipól-dipól kölcsönhatás legyőzi az O és H atomok szterikus taszítását (5e ábra).
A Pre-prolin Ramachandran – diagram
Schimmel és Flory 1968 – ban azzal érvelt, hogy a pre-prolin-a prolint megelőző aminosavak-különösen korlátozott Ramchandran-parcellával rendelkezik, összehasonlítva az Általános Ramachandran-parcellával . Ezt végül MacArthur és Thornton megfigyelte a fehérje adatbázisban (1b ábra) .
három fő különbség van a pre-prolin Ramachandran-diagram és az Általános Ramachandran-diagram között. A pre-prolin Ramachandran-diagramban van egy nagy, kizárt vízszintes sáv -40 főnél < 60 főnél < 50 főnél, ami korlátozza az aL és a fő (fő) tartományokat. Az aL régió magasabbra tolódik. Ezt a két tulajdonságot reprodukálták a Schimmel-Flory számítás és az azt követő számítások . A harmadik jellemző a sűrűség egy kis lába, amely kiugrik a 6. régió alatt (1b. ábra; lila A 2C.ábrán). Karplus ezt a régiót a pre-prolin-nak nevezte , amely egyedülálló.
a korábbi számítások nem az egyes kölcsönhatásokra összpontosítottak, és nem vették figyelembe a CAC-régiót. Itt azonosítjuk azokat a pontos szterikus összecsapásokat, amelyek meghatározzák a pre-prolin Ramachandran telket. Ezután elemezzük a felelős kölcsönhatásokat a!!! régióért.
Szterikus kölcsönhatások a pre-prolin gerincben
a pre-prolinban a következő Generikus aminosav NH atomjával való kölcsönhatás helyett a pre-prolin kölcsönhatásba lép a következő prolin CH2 csoportjával (1b ábra). A CH2 csoport sokkal nagyobb szterikus hatást fejt ki a pre-prolin Ramachandran parcellára. MacArthur és Thornton szerint a domináns hatás az N * * * C + 1 és a C * * * C + 1 szterikus összecsapásoknak köszönhető. Itt elemezhetjük az egyes összecsapások hatékonyságát a statisztikai eloszlások közvetlen elemzésével.
úgy véljük, a φ-ψ co-függő kölcsönhatások, mely magában foglalja a Cδ, Hδ1, valamint Hδ2 atomok a következő prolin (1B Ábra). Minden egyes interakcióhoz generáljuk a kontúr diagramot a VDW átmérő távolságának 6-6-ban. Ha összehasonlítjuk a kontúrdiagramot a pre-prolin Ramachandran-diagramban megfigyelt sűrűséggel, azonosítjuk azokat a kölcsönhatásokat, amelyek a határok legjobb egyezését indukálják (6a ábra, az interakciókat a 2C ábra azonosítja). Megállapítottuk, hogy a megfigyelt sűrűség bal alsó részéből kivett darab az Oi-nak köszönhető-1···C+1 Szterikus összecsapás. Másik korlátozás, hogy az aL -, illetve α régiók miatt a H···Cδi+1 steric összecsapás.
következő lépésként vizsgáljuk meg az additív kölcsönhatásokat. A pre-prolin 6B frekvencia eloszlásban három különböző csúcsot találtunk (alsó ábra 6B). A bal szélső csúcs a (Z) ~ -50-nél a (Z) A (Z) pre-prolin (elő-prolin) tartományának felel meg. Arra összpontosítunk, hogy a két csúcs a β-régió 50° << 180°, A nagyobb csúcs középpontjában ψ ~ 150° megfelel a ßS régióban a generikus egészséges személyeknél telek. A generikus Ramachandran-diagramban ezt a területet a C···O és C···ni+1 szterikus ütközések határolják. A pre-prolin, a kisebb csúcs középpontjában ψ ~ 70° megfelel a gyöke régió jelentkezik a régióban, hogy ki lenne zárva a Cß···O steric összecsapás. Ehelyett a kisebb csúcsot alulról határolja a N * * * C ons + 1 szterikus összecsapás. Ezt úgy láthatjuk, hogy összehasonlítjuk a (6b.ábra közepe) n···c (6B. ábra) C (6B. ábra) – C (6B. ábra) – C (6B.) – C) – C) – C) – C) – C) – C) – C).
prolin előtti paraméterek. A) A Ramachandrani telek. A szaggatott vonalak azokat a szterikus összecsapásokat mutatják, amelyek meghatározzák a megfigyelt sűrűségek néhány határát (lásd a 2C ábrát). (B) a különböző atomok közötti kölcsönhatások eloszlása a (Z) függvényében. A szaggatott vonalak a VDW átmérők határát mutatják. A folytonos szürke vonal adja az ideális geometriával számított modellgörbét. Alul van a frekvencia eloszlása a 6-os szög.
a CHARMM22 paramétereinek felhasználásával kiszámítjuk a Lennard-Jones 12-6 potenciálját a felülvizsgált szterikus összecsapások miatt (7a ábra). A Lennard-Jones potenciálok nem tudják figyelembe venni a! D! D! régiót.
a pre-prolinban lévő Energiarajzok, a következők függvényében: A) A Szterikus összecsapások felülvizsgált halmazának Lennard-Jones 12-6 potenciálja; az Országinformáció-1···C+1 dipól-dipól kölcsönhatások, amikor a következő prolingyűrű (b) A felfelé és (c) A lefelé. A világos területek alacsony energiájú régiókat mutatnak.
kölcsönhatások, amelyek stabilizálják a pre-prolin (pre-prolin) régiót
mivel a (2B.ábrán lila) A C (2B. ábra)···o kölcsönhatást szterikus konfliktusba hozza, léteznie kell egy kompenzáló kölcsönhatásnak, amely stabilizálja a (Z)!) régiót. Mi ez az interakció? Ennek az interakciónak a megértéséhez a generikus Ramachandran-parcellában analógiát tekintünk a kb régióval. A (Z) A (Z) A (Z) A (Z) A (Z)-1··· HNi + 1 hidrogénkötés képződik, amely a Hi+1 atomot érintkezésbe hozza az Oi-1 atommal. Hasonlóképpen, a pre-prolin (pre-prolin) tartományában a pre-prolin Oi-1 atomja érintkezik a H (H)-1 és H (H) – 2 atomokkal (lásd a 4b.ábrát; 1. táblázat), ami arra utal, hogy a COi-1 csoport kölcsönhatásba lép a következő prolin (C) – H (H) – 1 csoportjával.
kölcsönhatásba léphet-e a C! \ H! \ 1 csoport a COi-1-gyel? Egy ilyen kölcsönhatás a ch···o gyenge hidrogénkötés, a fehérjék jól dokumentált kölcsönhatása . A ch * * * o gyenge hidrogénkötés vizsgálata D(H···O) távolságkritériumokat használ < 2.8 6.8 . Kevés szögfüggőség található a H atom körüli CH···O kötésben, ahol a dőlésszög kritériumai: ohx > 90 fő gyakran használják. Ez sokkal megengedőbb, mint a kanonikus hidrogénkötés geometriája. Az 1. Táblázatban felsoroljuk a hidrogén bond paraméterek az Országinformációs-1···CδHδi+1 kölcsönhatás a gyöke régióban. Mivel a prolin két különböző fő konformációt vehet fel, a FEL-LE pucker, a COi geometriájának mérése-1···A C ++ H + 1 kölcsönhatást fel és le pucker szerint is fel kell osztani. A COi megfigyelt geometriája-1···A C 6 + 1 geometria megfelel a gyenge hidrogénkötés geometriai kritériumainak (1.táblázat).
mint Országinformáció-1···A C+1 gyenge hidrogénkötés szoros kapcsolat, modelleznünk kell az interakciót, hogy megértsük annak függését a mérföldkő-szögektől. A modellezéshez, figyelembe vesszük az analóg Országinformációkhoz használt stratégiákat-1···HNi + 1 hidrogénkötés. Az Országinformáció-1···A HNI + 1 hidrogénkötést kvantummechanikai vizsgálatok során modellezték, ahol megállapították, hogy a 6 .régió a minimális energiakonformáció vákuumban. Egy egyszerűbb megközelítés, amely modellezte a hidrogénkötés val vel elektrosztatikus dipól-dipól kölcsönhatások, szintén talál minimumot a Davis régió .
itt modellezzük a COi-t-1···C + 1 gyenge hidrogénkötés elektrosztatikus dipól-dipól kölcsönhatásként (lásd módszerek). Hogyan modellezzük elektrosztatikus dipólusként a C-Decipi+1 csoportot? Bhattacharyya és Chakrabarti azt találták, hogy a prolin CH csoportjai közül a C-csoport alkotja a legtöbb Ch···o hidrogénkötést. A C-alapú Atom az elektron-visszavonó N-atom mellett helyezkedik el, így savasabb, mint a többi C-Atom. Következésképpen egy kis negatív részleges töltést helyezünk a C ++ atomra. A mi modellünkben találunk egy energia minimumot a ons régióban mind a felfelé (7b ábra), mind a lefelé (7c ábra). Megállapítottuk, hogy a COi-1···C ++ + 1h, 1i + 1 gyenge hidrogénkötés stabilizálja a pre-prolinban lévő kontinensek számát.