Representación visual de las conformaciones proteicas permitidas
En bioquímica , un diagrama de Ramachandran (también conocido como diagrama de Rama , diagrama de Ramachandran o diagrama [φ,ψ] ), desarrollado originalmente en 1963 por GN Ramachandran , C. Ramakrishnan y V. Sasisekharan , [1] es una forma de visualizar las regiones energéticamente permitidas para los ángulos diedros de la estructura principal ψ contra φ de los residuos de aminoácidos en la estructura de la proteína . La figura de la izquierda ilustra la definición de los ángulos diedros de la estructura principal φ y ψ [2] (llamados φ y φ' por Ramachandran). El ángulo ω en el enlace peptídico normalmente es de 180°, ya que el carácter de doble enlace parcial mantiene el enlace peptídico plano. [3] La figura de la parte superior derecha muestra las regiones conformacionales de la estructura principal φ,ψ permitidas de Ramachandran et al. Cálculos de esferas duras de 1963 y 1968: radio completo en contorno sólido, radio reducido en trazo discontinuo y ángulo tau relajado (N-Cα-C) en líneas punteadas. [4] Debido a que los valores del ángulo diedro son circulares y 0° es lo mismo que 360°, los bordes del gráfico de Ramachandran se "envuelven" de derecha a izquierda y de abajo a arriba. Por ejemplo, la pequeña franja de valores permitidos a lo largo del borde inferior izquierdo del gráfico es una continuación de la gran región de cadena extendida en la parte superior izquierda.
Usos
Un gráfico de Ramachandran se puede utilizar de dos maneras algo diferentes. Una es para mostrar en teoría qué valores o conformaciones de los ángulos ψ y φ son posibles para un residuo de aminoácido en una proteína (como en la parte superior derecha). Una segunda es para mostrar la distribución empírica de los puntos de datos observados en una sola estructura (como en la derecha, aquí) en uso para la validación de la estructura , o bien en una base de datos de muchas estructuras (como en los 3 gráficos inferiores a la izquierda). Cualquiera de los casos se muestra generalmente contra los contornos de las regiones teóricamente favorecidas.
Preferencias de aminoácidos
Se podría esperar que las cadenas laterales más grandes resulten en más restricciones y, en consecuencia, una región permisible más pequeña en el diagrama de Ramachandran, pero el efecto de las cadenas laterales es pequeño. [5] En la práctica, el principal efecto observado es el de la presencia o ausencia del grupo metileno en Cβ. [5] La glicina solo tiene un átomo de hidrógeno para su cadena lateral, con un radio de van der Waals mucho más pequeño que el grupo CH 3 , CH 2 o CH que inicia la cadena lateral de todos los demás aminoácidos. Por lo tanto, está menos restringida, y esto es evidente en el diagrama de Ramachandran para la glicina (ver el diagrama de Gly en la galería) para el cual el área permisible es considerablemente mayor. En contraste, el diagrama de Ramachandran para la prolina , con su cadena lateral de anillo de 5 miembros que conecta Cα al esqueleto N, muestra un número limitado de combinaciones posibles de ψ y φ (ver el diagrama de Pro en la galería). El residuo que precede a la prolina ("pre-prolina") también tiene combinaciones limitadas en comparación con el caso general.
Actualizaciones más recientes
El primer gráfico de Ramachandran se calculó justo después de que se determinara la primera estructura proteica con resolución atómica ( mioglobina , en 1960 [6] ), aunque las conclusiones se basaron en cristalografía de moléculas pequeñas de péptidos cortos. Ahora, muchas décadas después, hay decenas de miles de estructuras proteicas de alta resolución determinadas por cristalografía de rayos X y depositadas en el Protein Data Bank (PDB) . Muchos estudios han aprovechado estos datos para producir gráficos φ,ψ más detallados y precisos (p. ej., Morris et al. 1992; [7] Kleywegt & Jones 1996; [8] Hooft et al. 1997; [9] Hovmöller et al. 2002; [10] Lovell et al. 2003; [11] Anderson et al. 2005. [12] Ting et al. 2010 [13] ).
Las cuatro figuras a continuación muestran los puntos de datos de un gran conjunto de estructuras y contornos de alta resolución para regiones conformacionales favorecidas y permitidas para el caso general (todos los aminoácidos excepto Gly, Pro y pre-Pro), para Gly y para Pro. [11] Las regiones más comunes están etiquetadas: α para hélice α , Lα para hélice levógira, β para lámina β y ppII para poliprolina II. Tal agrupamiento se describe alternativamente en el sistema ABEGO, donde cada letra representa hélice α (y 3 10 ), láminas β dextrógiras (y estructuras extendidas), hélices levógiras, láminas levógiras y, finalmente, enlaces peptídicos cis no trazables que a veces se observan con prolina; se ha utilizado en la clasificación de motivos [14] y, más recientemente, para diseñar proteínas. [15]
Si bien el diagrama de Ramachandran ha sido un recurso de libro de texto para explicar el comportamiento estructural del enlace peptídico, recién hace poco se publicó una exploración exhaustiva de cómo se comporta un péptido en cada región del diagrama de Ramachandran (Mannige 2017 [16] ).
La Unidad de Biofísica Molecular del Instituto Indio de Ciencias celebró los 50 años del Mapa Ramachandran [17] organizando la Conferencia Internacional sobre Formas y Funciones Biomoleculares del 8 al 11 de enero de 2013. [18]
Convenciones relacionadas
También se pueden representar gráficamente los ángulos diedros en polisacáridos (por ejemplo, con CARP Archivado el 5 de mayo de 2019 en Wayback Machine ). [19]
Galería
Diagrama de Ramachandran para el caso general; datos de Lovell 2003
Parcela de Ramachandran para Glycine
Parcela de Ramachandran para Proline
Parcela de Ramachandran para pre-Proline
Software
Herramienta de análisis estructural basada en la Web para cualquier archivo PDB cargado, que produce gráficos de Ramachandran, calcula ángulos diedros y extrae secuencias del PDB. Archivado el 5 de marzo de 2016 en Wayback Machine.
Herramienta basada en la web que muestra el gráfico de Ramachandran de cualquier entrada del PDB
Servicio web MolProbity que produce gráficos de Ramachandran y otras validaciones de cualquier archivo en formato PDB
SAVES (Análisis y verificación de estructuras): utiliza WHATCHECK, PROCHECK y realiza su propio diagrama interno de Ramachandran
Visor molecular Zeus: se encuentra en el menú "Herramientas", gráficos de alta calidad con contornos regionales
comprobación profesional
Distribuciones de probabilidad de Ramachandran dependientes e independientes del vecino [13]
Consulte también PDB para obtener una lista de software similar.
Referencias
^ Ramachandran, GN; Ramakrishnan, C.; Sasisekharan, V. (1963). "Estereoquímica de las configuraciones de la cadena polipeptídica". Revista de Biología Molecular . 7 : 95–9. doi :10.1016/S0022-2836(63)80023-6. PMID 13990617.
^ Richardson, JS (1981). "La anatomía y taxonomía de la estructura de las proteínas". Anatomía y taxonomía de las estructuras de las proteínas . Avances en la química de las proteínas. Vol. 34. págs. 167–339. doi :10.1016/S0065-3233(08)60520-3. ISBN9780120342341.PMID 7020376 .
^ Pauling, L.; Corey, HR; Branson, HR (1951). "La estructura de las proteínas: dos configuraciones helicoidales unidas por enlaces de hidrógeno de la cadena polipeptídica". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 37 (4): 205–211. Bibcode :1951PNAS...37..205P. doi : 10.1073/pnas.37.4.205 . PMC 1063337 . PMID 14816373.
^ Ramachandran, GN; Sasiskharan, V. (1968). Conformación de polipéptidos y proteínas . Avances en química de proteínas. Vol. 23. págs. 283–437. doi :10.1016/S0065-3233(08)60402-7. ISBN9780120342235. Número de identificación personal 4882249.
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^ Anderson RJ, Weng Z, Campbell RK, Jiang X (2005). "Tendencias conformacionales de la cadena principal de aminoácidos". Proteins . 60 (4): 679–89. doi :10.1002/prot.20530. PMID 16021632. S2CID 17410997.
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^ Mannige, Ranjan (16 de mayo de 2017). "Un estudio exhaustivo de las conformaciones regulares de péptidos utilizando una nueva métrica para la lateralidad de la cadena principal (h)". PeerJ . 5 : e3327. doi : 10.7717/peerj.3327 . PMC 5436576 . PMID 28533975.
^ "50º aniversario de las conspiraciones de Ramachandran". Profesor Laurence A. Moran . Consultado el 17 de enero de 2013 .
^ "ICBFF-2013". MBU, IISc, Bangalore. Archivado desde el original el 15 de enero de 2013. Consultado el 28 de enero de 2013 .
^ Lütteke, T.; Frank, M.; von der Lieth, CW (2005). "Carbohydrate Structure Suite (CSS): análisis de estructuras 3D de carbohidratos derivadas del PDB". Nucleic Acids Res . 33 (número de la base de datos): D242–246. doi :10.1093/nar/gki013. PMC 539967 . PMID 15608187.
Lectura adicional
Richardson, JS (1981). "La anatomía y taxonomía de la estructura de las proteínas". Anatomía y taxonomía de las estructuras de las proteínas . Avances en la química de las proteínas. Vol. 34. págs. 167–339. doi :10.1016/S0065-3233(08)60520-3. ISBN 9780120342341.PMID 7020376 ., disponible en línea en Anatax [ enlace muerto permanente ]
Branden, C.-I.; Tooze, J. (1991), Introducción a la estructura de proteínas , Garland Publishing, NY, ISBN 0-8153-0344-0
Enlaces externos
Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre La trama de Ramachandran .
DynoPlot en la wiki de PyMOL
Enlace al mapa de Ramachandran con las ubicaciones de las hélices alfa y las láminas beta Archivado el 11 de octubre de 2006 en Wayback Machine
Enlace al gráfico de Ramachandran calculado a partir de estructuras de proteínas determinadas por cristalografía de rayos X en comparación con el Ramachan original.