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La trama de Ramachandran

Regiones originales de esfera dura, radio reducido y tau relajada φ,ψ de Ramachandran, con etiquetas y ejes actualizados
Ángulos diedros de la columna vertebral φ y ψ (y ω). Los tres ángulos son de 180° en la conformación que se muestra

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.

Un gráfico de Ramachandran generado a partir de PCNA humano , una proteína de fijación de ADN trimérica que contiene tanto una lámina β como una hélice α ( PDB ID 1AXC). Las regiones roja, marrón y amarilla representan las regiones favorecidas, permitidas y "generosamente permitidas", respectivamente, según lo definido por ProCheck

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

Software

Referencias

  1. ^ 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.
  2. ^ 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 .
  3. ^ 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. 
  4. ^ 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. ISBN 9780120342235. Número de identificación personal  4882249.
  5. ^ ab Chakrabarti, Pinak; Pal, Debnath (2001). "Las interrelaciones de las conformaciones de cadena lateral y cadena principal en proteínas". Progreso en biofísica y biología molecular . 76 (1–2): 1–102. doi : 10.1016/S0079-6107(01)00005-0 . PMID  11389934.
  6. ^ Kendrew, JC; Dickerson, RE; Strandberg, BE; Hart, RG; Davies, DR; Phillips, DC; Shore, VC (1960). "Estructura de la mioglobina: una síntesis de Fourier tridimensional con una resolución de 2Å". Nature . 185 (4711): 422–427. Bibcode :1960Natur.185..422K. doi :10.1038/185422a0. PMID  18990802. S2CID  4167651.
  7. ^ Morris, AL; MacArthur, MW; Hutchinson, E G.; Thornton, JM (1992). "Calidad estereoquímica de las coordenadas de la estructura de las proteínas". Proteínas: estructura, función y genética . 12 (4): 345–64. doi :10.1002/prot.340120407. PMID  1579569. S2CID  940786.
  8. ^ Kleywegt, GJ; Jones, TA (1996). "Fi/psi-cología: Ramachandran revisitado". Estructura . 4 (12): 1395–400. doi : 10.1016/S0969-2126(96)00147-5 . PMID  8994966.
  9. ^ Hooft, RWW; Sander, C.; Vriend, G. (1997). "Juicio objetivo de la calidad de la estructura de una proteína a partir de un diagrama de Ramachandran". Comput Appl Biosci . 13 (4): 425–430. doi : 10.1093/bioinformatics/13.4.425 . PMID  9283757.
  10. ^ Hovmöller, S.; Zhou, T.; Ohlson, T. (2002). "Conformaciones de aminoácidos en proteínas". Acta Crystallographica D . 58 (Pt 5): 768–76. doi :10.1107/S0907444902003359. PMID  11976487.
  11. ^ ab Lovell, SC; Davis, IW; Arendall, WB; De Bakker, PIW; Word, JM; Prisant, MG; Richardson, JS; Richardson, DC (2003). "Validación de la estructura por geometría Cα: desviación ϕ,ψ y Cβ". Proteínas: estructura, función y genética . 50 (3): 437–50. doi :10.1002/prot.10286. PMID  12557186. S2CID  8358424.
  12. ^ 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.
  13. ^ ab Ting, D.; Wang, G.; Mitra, R.; Jordan, MI; Dunbrack, RL (2010). "Distribuciones de probabilidad de aminoácidos dependientes del vecino de Ramachandran desarrolladas a partir de un modelo de proceso de Dirichlet jerárquico". PLOS Computational Biology . 6 (4): e1000763. Bibcode :2010PLSCB...6E0763T. doi : 10.1371/journal.pcbi.1000763 . PMC 2861699 . PMID  20442867. 
  14. ^ Wintjens, René T.; Rooman, Marianne J.; Wodak, Shoshana J. (enero de 1996). "Clasificación automática y análisis de motivos de giro αα en proteínas". Journal of Molecular Biology . 255 (1): 235–253. doi :10.1006/jmbi.1996.0020. PMID  8568871.
  15. ^ Lin, Yu-Ru; Koga, Nobuyasu; Tatsumi-Koga, Rie; Liu, Gaohua; Clouser, Amanda F.; Montelione, Gaetano T.; Baker, David (6 de octubre de 2015). "Control sobre la forma y el tamaño generales en proteínas diseñadas de novo". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 112 (40): E5478–E5485. Bibcode :2015PNAS..112E5478L. doi : 10.1073/pnas.1509508112 . PMC 4603489 . PMID  26396255. 
  16. ^ 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. 
  17. ^ "50º aniversario de las conspiraciones de Ramachandran". Profesor Laurence A. Moran . Consultado el 17 de enero de 2013 .
  18. ^ "ICBFF-2013". MBU, IISc, Bangalore. Archivado desde el original el 15 de enero de 2013. Consultado el 28 de enero de 2013 .
  19. ^ 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

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