結構生物化學/蛋白質/拉瑪錢德蘭圖


拉瑪錢德蘭圖,也稱為拉瑪錢德蘭圖或[φ,ψ]圖,最初由印度物理學家戈帕拉薩穆德拉姆·拉瑪錢德蘭於1963年提出。拉瑪錢德蘭圖是一種視覺化蛋白質結構中氨基酸殘基的二面角ψ相對於φ的分佈方式。拉瑪錢德蘭認識到,多肽鏈中許多角度組合是由於原子之間的空間碰撞而被禁止的。他的二維圖顯示了ψ和φ的允許和不允許多肽鏈的取值:四分之三的可能組合僅由於區域性空間碰撞而被排除在外。空間排除是指兩個原子不可能在同一時間佔據同一空間,這是一個強大的組織原則,推動了拉瑪錢德蘭圖的使用。
多肽鏈的兩個扭轉角,也稱為拉瑪錢德蘭角,描述了多肽主鏈圍繞N-Cα鍵(稱為Phi,φ)和Cα-C鍵(稱為Psi,ψ)的旋轉。拉瑪錢德蘭圖提供了一種簡單的方式來檢視蛋白質結構中扭轉角的分佈。它還提供了扭轉角值允許和不允許區域的概覽,是評估蛋白質三維結構質量的重要因素。
扭轉角是控制蛋白質摺疊的最重要的區域性結構引數之一 - 本質上,如果我們有一種方法來預測特定蛋白質的拉瑪錢德蘭角,我們將能夠預測它的3D結構。原因是這些角度提供了多肽主鏈摺疊所需的靈活性,因為蛋白質主鏈中可能的第三個扭轉角(稱為omega,ω)本質上是平坦的,固定在180度。這是由於肽鍵的部分雙鍵特性,它限制了圍繞C-N鍵的旋轉,將兩個連續的α碳和C、O、N和H置於同一平面。因此,蛋白質主鏈(骨架)的旋轉可以被描述為肽鍵平面彼此之間的旋轉。
拉瑪錢德蘭圖有助於確定蛋白質的二級結構。
- 第一象限顯示一個允許某些構象的區域。這是罕見左手α螺旋所在的區域。
- 第二象限顯示了圖中最大的區域。該區域具有原子最有利的構象。它顯示了β鏈的空間允許構象。
- 第三象限顯示了圖中第二大的區域。這是右手α螺旋所在的區域。
- 第四象限幾乎沒有輪廓區域。這種構象(ψ 約 -180 至 0 度,φ 約 0-180 度)由於空間碰撞而不利。
從圍繞α螺旋和β鏈區域聚類的原則中出現的例外是甘氨酸。甘氨酸沒有複雜的側鏈,這使得多肽鏈具有很高的靈活性,以及扭轉角,這是其他氨基酸殘基通常不允許的。這就是為什麼甘氨酸經常出現在環狀區域,多肽鏈在那裡發生急劇轉折。這也是為什麼甘氨酸殘基在蛋白質家族中高度保守的原因,因為特定位置上的轉折的存在是蛋白質結構特定摺疊的特徵。
另一個在扭轉角方面具有特殊性質的殘基是脯氨酸。與甘氨酸相比,脯氨酸將扭轉角固定在非常接近多肽延伸構象(如β摺疊)的值。脯氨酸通常出現在螺旋的末端,起著螺旋破壞者的作用。
- Berg, Jeremy M., John L. Tymoczko, and Lubert Stryer. "Chapter 2: Protein Composition and Structure." Biochemistry. New York: W. H. Freeman, 2007. N. pag. Print.
- "扭轉角和拉瑪錢德蘭圖". http://proteinstructures.com/Structure/Structure/Ramachandran-plot.html.