Um não-redundante AO conjunto de dados

Para extrair a distribuição estatística da glicina e pré-prolina Ramachandran parcelas, optou-se por uma alta resolução subconjunto do PDB fornecido pelo Richardson laboratório de 500 não-homólogos proteínas. Estas proteínas têm uma resolução melhor que 1,8 Å, onde todos os átomos de hidrogênio foram projetados a partir da espinha dorsal e otimizados em termos de embalagem. Seguindo os Richardsons, só consideramos átomos com um factor B inferior a 30.

regiões na parcela glicina Ramachandran

glicina é fundamentalmente diferente dos outros aminoácidos na medida em que não tem sidecain. Em particular, a glicina não tem o átomo Cß, o que induz muitos confrontos estéricos na trama genérica do Ramachandran. Nós chamamos o átomo de hidrogênio que é compartilhado com os outros aminoácidos, o átomo de Ha1. Nós chamamos o átomo de hidrogênio que substitui o átomo Cß, o átomo de Ha2. A ausência do átomo de Cß permite que a parcela de glicina Ramachandran passe pelas fronteiras a -180° e 180° (figura 1A).

o mapa da glicina observado tem 5 regiões de densidade . Para exibir a densidade observada em uma região contínua, mudamos as coordenadas a partir de φ-ψ para φ’-ψ’ onde φ’: 0° << 360°, e ψ’: -90° << 270°. Com a parcela deslocada da glicina Ramachandran (figura 3A), podemos identificar claramente as diferentes regiões. Ao longo da faixa horizontal ψ’ ~ 180°, existem três regiões separadas. Uma delas é uma versão alongada da região ßP do gráfico Genérico Ramachandran. A região ßP corresponde à estrutura POLIPROLINA II, que forma uma hélice estendida para a mão esquerda ao longo da cadeia proteica . A região ßPR é um reflexo da região ßP onde uma sequência de resíduos de glicina na conformação ßPR formará uma hélice destraada. Finalmente, existe uma região que corresponde à região ßS da parcela Ramachandran genérica. Esta região corresponde à conformação alargada dos resíduos em folhas B. No entanto, a região ß da glicina, centrada em (φ’, ψ’) = (180°, 180°), é ligeiramente deslocada da região ßS da parcela Ramachandran genérica. Há também as regiões diagonais α e aL (figura 3A), que estão associadas com hélices e voltas . Ao contrário do gráfico Genérico Ramachandran, a região glicina α é simétrica à região aL . No gráfico Genérico Ramachandran, há também uma região γ correspondente à ligação de hidrogénio γ-turn . A parcela glicina Ramachandran não tem qualquer densidade na região γ.

a Glicina parâmetros. (A) The Ramachandran plot in shifted coordinates φ’-ψ’. As linhas tracejadas mostram os choques estéricos que definem os limites das densidades observadas (a figura 2B descreve as interacções específicas). (B) as distribuições de várias interações interatômicas como uma função de ψ’. A linha tracejada mostra o limite dos diâmetros de VDW. A linha cinzenta dá a curva modelo calculada com a geometria ideal. Na parte inferior está a distribuição de frequência do ângulo de ψ’. C) distribuição de frequências da distância inter-atómica d(O···H). Existem 3 picos, dos quais, o menor A d(O···H) = 2,4 Å, que corresponde à região ßS.

Estéricos medicamentosas em glicina

O original estéricos mapa de glicina (Figura 2A) não consegue explicar grande parte do observado glicina Ramachandran gráfico (Figura 1A). Na observados glicina Ramachandran (Figura 3A), existem dois grandes excluídos faixas horizontais, a 50° << 120° e -120° << -50°, que não sejam excluídos da glicina estéricos mapa (Figura 2A). Por outro lado, a glicina estéricos mapa exclui uma faixa horizontal na -30° << 30° (Figura 2A), mas esta região é preenchida, na observados gráfico (Figura 1A). Existem também limites estéricos diagonais na parcela de Ramachandran glicina observada (figura 1A), enquanto que o mapa estérico prevê limites verticais (figura 2A).efectuámos uma reavaliação do mapa estérico da glicina (figura 2B) seguindo a metodologia da Ho e dos colegas de trabalho . Para cada interação na espinha dorsal da glicina, consideramos a variação da distância interatômica em relação aos ângulos φ’-ψ’. Comparamos a variação observada com a variação gerada a partir de um modelo que usa a geometria canônica da coluna vertebral. Dividimos estas interacções em 3 categorias.: as distâncias co-dependentes φ’ dependentes, ψ’ dependentes e φ’-ψ’ co-dependentes.

para algumas das interacções, os resultados para a glicina são idênticos aos da parcela genérica de Ramachandran . Para brevidade, omitimos a análise dessas interações e resumimos os resultados. A faixa horizontal excluída -30° << 30°, devido à n···interacção estérica Hi+1 no mapa estérico da glicina (figura 2A), não existe na distribuição observada (figura 1A). Da mesma forma, a Oi-1···C o choque estérico no mapa estérico da glicina original, que exclui uma faixa vertical centrada em φ ‘ = 0° (figura 2A), não existe na distribuição observada (figura 1A). Ignoramos o efeito do n * * * Hi+1 e Oi-1···C confrontos estéricos. Os limites diagonais da distribuição observada são definidos pelas interacções estéricas co-dependentes φ’-ψ’ -1···O e Oi-1···Ni+1. Na figura 3A, mostramos o ajuste destas interações estéricas aos dados.

aqui, analisamos a característica mais distintiva da parcela glicina Ramachandran – a tendência para ψ’ aglomerar-se perto de 180° e 0°. Concentramo-nos nas interacções ψ’ – dependentes. Para cada interação, primeiro calculamos a curva modelo da distância interatômica correspondente como uma função de ψ’ (veja métodos). Em seguida, comparamos a distribuição ψ ‘ observada (na parte inferior da figura 3B) com a curva. Se uma repulsão de esfera dura restringe ψ’, então, em regiões de ψ’ onde a curva modelo está abaixo do diâmetro de van der Waals (VDW) (linha horizontal tracejada na figura 3B), a distribuição de frequência ψ’ deve cair correspondentemente.

Na região (60° << 100°), constatamos que o drop-off na ψ distribuição de freqüência (parte inferior da Figura 3B) corresponde aos valores da Ha1···Ni+1 (parte inferior da Figura 3B) e Ha2···O (topo da Figura 3B) que são menores que os de VDW diâmetros. Na região (-90° <<<< 270°), a lista drop-off na ψ distribuição de freqüência corresponde a regiões onde Ha2···Ni+1 e Ha1···O são encontradas abaixo do seu VDW raios. Em contraste, os valores de Ha1···Hi+1 e Ha2···Hi+1 nunca são encontrados significativamente abaixo de seu diâmetro VDW (meio da figura 3B).

a dependência observada de ψ ‘ Na glicina deve-se aos choques estéricos de Ha1···o, Ha2···o, Ha1···Ni+1 e Ha2···Ni+1. Uma interpretação simples é que a dependência de ψ’ Na glicina surge de conformações que colocam o átomo Ni+1 ou o entre os dois átomos Ha (figura 4A). Os limites observados nas distribuições foram desenhados na figura 3A como linhas horizontais.

figura da Vara de representação de glicina e pré-prolina. (A) glycine in The ψ ~ 180° conformation where the Ni+1 atom is sandwiched between the two Ha atoms, and (B) pre-proline in The ζ conformation where the Oi-1 atom interacts with the Hδ atoms of the succeing proline.

Nós, assim, obter uma revista estéricos mapa da glicina, que consiste no estéricos confrontos Oi-1···Ó, Oi-1···Ni+1, Ha1···O, Ha2···O, Ha1···Ni+1 e Ha2···Ni+1. Usando parâmetros de CHARMM22, calculamos o potencial de Lennard-Jones de 12-6 devido aos choques estéricos revisados (figura 5A). A região de energia mínima representa grande parte da forma da distribuição observada (figura 3A).

Dipolo-dipolo medicamentosas em glicina. Os eixos são mostrados nos ângulos φ’-ψ’ deslocados . Energia parcelas de (a) a Lennard-Jones 12-6 potenciais da revisão do conjunto de estéricos confrontos; (b) todas as interações eletrostáticas; (c)-(f) o indivíduo dipolo-dipolo interacções com a glicina backbone (ver Figura 1A para backbone esquemática de dipolo). Os parâmetros de energia foram retirados de CHARMM22. As áreas de luz mostram regiões de energia mínima.

Dipolo-dipolo medicamentosas em glicina

A revista glicina estéricos mapa não explica a diagonal forma de α, aL, ßP, ßPR e ßS regiões. No gráfico Genérico Ramachandran, verificou-se que a forma diagonal das regiões podia ser reproduzida usando interações dipolo-dipolo electrostático, mas apenas quando as interações dipolo-dipolo eram consideradas individualmente. A interacção electrostática global não reproduz a parcela de Ramachandran observada . Aqui, usamos a mesma abordagem de tratar as interações dipolo-dipolo eletrostáticas individuais ao longo da espinha dorsal da glicina.

calculamos o mapa energético de φ-ψ Para As 4 interacções dipolo-dipolo na interacção da coluna vertebral da glicina: COi-1···CO, NH· * * NHi+1, CO * * * NH e COi-1···NHi+1 (Figura 5C-F). As interações eletrostáticas são calculadas com os potenciais de Lennard-Jones dos choques estéricos identificados na seção acima. Descobrimos que as formas das diferentes regiões da parcela glicina Ramachandran (figura 3A) são reproduzidas (Figura 5). A interacção CO··NH produz a região diagonal aL, α e ßS (figura 5E). A interacção NH· * NHi+1 também produz uma região diagonal aL e α (figura 5D). A região α é simétrica à região aL. O COi-1···a interacção CO produz mínimos correspondentes às regiões ßP e ßPR (figura 5C).

no mapa estérico da glicina original (figura 2A), a região perto de (φ, ψ) = (-180°, 180°) é proibida devido a um choque estérico entre o e H. No entanto, a glicina tem densidade nesta região na parcela de Ramachandran observada (figura 3A). Isto também pode ser visto na distribuição de frequência de d(O···H) (figura 3C), onde há um pico em D(O···H) ~ 2.4 Å. Neste pico, Os átomos o E H estão em contato, como o diâmetro VDW é 2,5 Å. Assim, na região ßS da glicina, a interação dipolo-dipolo favorável CO··HN supera a repulsão estérica dos átomos o e H (figura 5E).Schimmel e Flory argumentaram em 1968 que os aminoácidos pré – prolina que precedem a prolina têm uma parcela Ramchandran particularmente restrita, em comparação com a parcela Ramachandran genérica . Isto foi finalmente observado na base de dados de proteínas por MacArthur e Thornton (figura 1B) .existem três diferenças principais entre a parcela Ramachandran pré-prolina e a parcela Ramachandran genérica. Na parcela Ramachandran pré-prolina, existe uma grande faixa horizontal excluída a -40° << 50°, o que restringe as regiões aL e α. A região aL é deslocada acima. Estas duas características foram reproduzidas no cálculo Schimmel-Flory e nos cálculos subsequentes . A terceira característica é uma pequena parte da densidade que surge abaixo da região β (figura 1B; púrpura na figura 2C). Karplus chamou esta região de ζ, Que é única para pré-prolina.os cálculos anteriores não se centraram nas interacções individuais e não tiveram em conta a região ζ. Aqui, identificamos os confrontos estéricos que determinam a trama pré-prolina do Ramachandran. Analisaremos então as interacções responsáveis pela região ζ.

interacções Estéricas na coluna vertebral pré-prolina

na pré-prolina, em vez de uma interacção com o átomo de NH no aminoácido Genérico seguinte, a pré-prolina interage com um grupo CH2 da prolina seguinte (figura 1B). O grupo CH2 exerce um efeito estérico muito maior sobre a trama de Ramachandran pré-prolina. MacArthur And Thornton suggested that the dominant effect is due to the N···Cδi+1 and Cß··Cδi+1 steric chairs. Aqui podemos analisar a eficácia de cada choque analisando diretamente as distribuições estatísticas.

consideramos as interações co-dependentes φ-ψ que envolvem os átomos Cδ, Hδ1 e Hδ2 da prolina sucessiva (figura 1B). Para cada interação, nós geramos o gráfico do contorno em φ-ψ da distância de diâmetro VDW. Comparando o gráfico do contorno com a densidade observada no gráfico Ramachandran pré-prolina, identificamos as interacções que induzem a melhor correspondência nos limites (figura 6A, as interacções são identificadas na figura 2C). Nós descobrimos que o pedaço retirado da parte inferior-esquerda β-região da densidade observada é devido à Oi-1···cδi+1 clash estérico. Outra restrição nas regiões aL e α é devido ao choque h * * * Cδi+1 estérico.

a seguir consideramos as interações ψ dependentes. Na distribuição de frequências pré-prolina ψ, encontramos três picos distintos (figura inferior 6B). O pico mais à esquerda em ψ ~ -50° corresponde à região α de pré-prolina. Concentramo-nos nos dois picos na região β 50° << 180° o pico maior centrado em ψ ~ 150° corresponde à região ßS da parcela Ramachandran genérica. Na parcela Ramachandran genérica, esta região ßS é delimitada pelos confrontos estéricos Cß···o e Cß···Ni+1. Na pré-prolina, o pico menor centrado em ψ ~ 70° corresponde à região ζ e ocorre numa região que seria excluída pelo choque estérico. Em vez disso, o pico menor é limitado a partir de baixo pelo choque estérico N * * * Cδi+1. Isto pode ser visto comparando a distribuição ψ Com a curva modelo de N···Cδi+1 vs. ψ (meio da figura 6B).

Pré-prolina parâmetros. (A) The Ramachandran plot. As linhas tracejadas mostram os confrontos estéricos que definem alguns dos limites das densidades observadas (ver Figura 2C). (B) as distribuições de várias interações interatômicas como uma função de ψ. As linhas tracejadas mostram o limite dos diâmetros VDW. A linha cinzenta sólida dá a curva modelo calculada com a geometria ideal. Na parte inferior está a distribuição de frequência do ângulo ψ.

Usando parâmetros de CHARMM22, calculamos o potencial de Lennard-Jones de 12-6 devido aos choques estéricos revistos (figura 7A). O potencial de Lennard-Jones não pode explicar a região ζ.

Energia parcelas em pré-prolina como uma função de φ-ψ. Parcelas de energia de (a) os potenciais Lennard-Jones 12-6 do conjunto revisto de confrontos estéricos; o COi-1···cδhδi+1 interacções dipolo-dipolo quando o anel prolino Seguinte está em (b) O pucker para cima e (c) o pucker para baixo. As áreas de luz mostram regiões de baixa energia.

as Interações que estabilizam a pré-prolina ζ região

Como ζ região (roxo na Figura 2B) traz o Cß···S de interação estérica conflito, deve haver uma compensação de interação que estabiliza a ζ região. Que interacção é esta? Para entender esta interação, consideramos uma analogia com a região γ no enredo Genérico Ramachandran. Na região γ, Um COi distorcido-1···a ligação HNI+1 de hidrogénio é formada, o que faz com que o átomo Hi+1 entre em contacto com o átomo Oi-1. Da mesma forma, na região ζ da pré-prolina, o átomo Oi-1 da pré-prolina está em contacto com os átomos Hδ1 e Hδ2 (ver Figura 4B; Quadro 1), sugerindo que o grupo COi-1 interage com o grupo CδHδi+1 da prolina seguinte.

as Cδ Hδi+1 grupo de interagir com o Cpi-1? Tal interação cairia sob a classe da ligação fraca de hidrogênio CH··o, uma interação bem documentada em proteínas . Estudos da ligação fraca ao hidrogénio utilizam critérios de distância de d (H··o) < 2.8 Å . Há pouca dependência angular encontrada na ligação CH···o em torno do átomo H onde um critério de ângulo de ∠OHX > 90° é frequentemente usado. Isto é muito mais permissivo do que a geometria da ligação canônica do hidrogênio. Na Tabela 1, listamos os parâmetros da ligação de hidrogénio da ICO.-1··· interacção CδHδi+1 na região ζ. Como proline pode assumir duas grandes conformações diferentes, o pucker para cima e para baixo, medições da geometria do COi-1···a interação CδHδi+1 também deve ser dividida em termos de pucker para cima e para baixo. Geometria observada da ICO-1···A geometria CδHδi+1 satisfaz os critérios geométricos da ligação fraca ao hidrogénio (Quadro 1).

-1···cδhδi+1 ligação de hidrogênio fraca é um contato próximo, precisamos modelar a interação, a fim de entender a sua dependência dos ângulos φ-ψ. Para a modelização, consideramos estratégias que têm sido utilizadas para o análogo COi-1···HNI+1 Ligação a hidrogénio. O COi-1···a ligação HNI+1 de hidrogênio tem sido modelada em estudos quânticos-mecânicos onde a região γ foi encontrada como sendo a conformação de energia mínima no vácuo . A simpler approach, which modelled the hydrogen bond with electrostatic dipole-dipole interactions, also find a minimum in The γ region .

Aqui, nós modelamos o COi-1···cδhδi+1 ligação fraca ao hidrogénio como interacção electrostática dipolo-dipolo (ver Métodos). Como modelar o grupo CδHδi+1 como um dipolo electrostático? Bhattacharyya e Chakrabarti descobriram que, dos grupos CH em prolina, o grupo CδHδ forma as ligações de hidrogênio mais CH···o. O átomo Cδ senta-se ao lado do átomo n que retira electrões e, portanto, é mais ácido do que os outros átomos C. Consequentemente, colocamos uma pequena carga parcial negativa no átomo Cδ. No nosso modelo, encontramos um mínimo de energia na região ζ tanto para o pucker para cima (figura 7B) quanto para o pucker para baixo (figura 7C). Concluímos que o-1···cδi+1Hδ1i+1 fraca ligação de hidrogénio estabiliza a região ζ EM pré-prolina.