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Trama de Ramachandra

Regiones originales de esfera dura, radio reducido y tau relajada φ,ψ de Ramachandran, con etiquetas y ejes actualizados
Ángulos diédricos de la columna vertebral φ y ψ (y ω). Los tres ángulos están a 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 regiones energéticamente permitidas para los ángulos diédricos de la columna vertebral ψ contra φ de residuos de aminoácidos en la estructura de la proteína . La figura de la izquierda ilustra la definición de los ángulos diédricos de la columna vertebral φ y ψ [2] (llamados φ y φ' por Ramachandran). El ángulo ω en el enlace peptídico es normalmente de 180°, ya que el carácter de doble enlace parcial mantiene el enlace peptídico plano. [3] La figura en la parte superior derecha muestra las regiones conformacionales de la columna vertebral φ,ψ permitidas de Ramachandran et al. Cálculos de esfera dura de 1963 y 1968: radio completo en contorno sólido, radio reducido en trazos y ángulo tau relajado (N-Cα-C) en líneas de puntos. [4] Debido a que los valores de los ángulos diédricos son circulares y 0° es lo mismo que 360°, los bordes del gráfico de Ramachandran se "envuelven" de derecha a izquierda y de abajo hacia 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 sujeción del ADN trimérica que contiene tanto la hoja β como la hélice α ( PDB ID 1AXC). Las regiones roja, marrón y amarilla representan las regiones favorecidas, permitidas y "generosamente permitidas", respectivamente, según lo define ProCheck.

Usos

Un diagrama de Ramachandran se puede utilizar de dos maneras algo diferentes. Una es 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 mostrar la distribución empírica de los puntos de datos observados en una sola estructura (como a la derecha, aquí) en uso para la validación de estructuras , o en una base de datos de muchas estructuras (como en los 3 gráficos inferiores a la izquierda). Cualquiera de los casos suele compararse con esquemas de las regiones teóricamente favorecidas.

Preferencias de aminoácidos

Se podría esperar que las cadenas laterales más grandes dieran como resultado más restricciones y, en consecuencia, una región permitida más pequeña en el gráfico 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 tiene sólo un átomo de hidrógeno en 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 restringido, y esto es evidente en el gráfico de Ramachandran para la glicina (ver gráfico de Gly en la galería), para el cual el área permitida es considerablemente mayor. Por el contrario, el gráfico de Ramachandran para la prolina , con su cadena lateral de anillo de 5 miembros que conecta Cα con la columna vertebral N, muestra un número limitado de combinaciones posibles de ψ y φ (consulte el gráfico Pro en la galería). El resto 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 la cristalografía de moléculas pequeñas de péptidos cortos. Ahora, muchas décadas después, existen decenas de miles de estructuras proteicas de alta resolución determinadas mediante 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 (por ejemplo, Morris et al. 1992; [7] Kleywegt & Jones 1996; [8] Hooft et al. 1997; [9] Hovmöller et al. 2002 ; [ 10] Lovell y otros 2003 ; [ 11 ] Anderson y otros 2005 .

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 izquierda, β para lámina β y ppII para poliprolina II. Esta agrupación se describe alternativamente en el sistema ABEGO, donde cada letra representa hélice α (y 3 10 ), láminas β derechas (y estructuras extendidas), hélices izquierdas, láminas izquierdas y, finalmente, péptido cis que no se puede trazar. a veces se observan enlaces con prolina; se ha utilizado en la clasificación de motivos [14] y, más recientemente, para el diseño de proteínas. [15]

Si bien el diagrama de Ramachandran ha sido un recurso de libro de texto para explicar el comportamiento estructural del enlace peptídico, recientemente 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 una Conferencia Internacional sobre Formas y Funciones Biomoleculares del 8 al 11 de enero de 2013. [18]

Convenciones relacionadas

También se pueden representar los ángulos diédricos en polisacáridos (p. ej. con CARP). [19]

Galería

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Referencias

  1. ^ Ramachandran, GN; Ramakrishnan, C.; Sasisekharan, V. (1963). "Estereoquímica de configuraciones de cadenas polipeptídicas". 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 la proteína". Anatomía y Taxonomía de Estructuras Proteicas . Avances en la química de proteínas. vol. 34. págs. 167–339. doi :10.1016/S0065-3233(08)60520-3. ISBN 9780120342341. PMID  7020376.
  3. ^ Pauling, L.; Corey, recursos humanos; Branson, HR (1951). "La estructura de las proteínas: dos configuraciones helicoidales de la cadena polipeptídica unidas por enlaces de hidrógeno". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 37 (4): 205–211. Código bibliográfico : 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 la química de proteínas. vol. 23. págs. 283–437. doi :10.1016/S0065-3233(08)60402-7. ISBN 9780120342235. PMID  4882249.
  5. ^ ab Chakrabarti, rosa; Amigo, Debnath (2001). "Las interrelaciones de las conformaciones de la cadena lateral y la cadena principal en las proteínas". Avances 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, CC; Orilla, VC (1960). "Estructura de la mioglobina: una síntesis de Fourier tridimensional con una resolución de 2 Å". Naturaleza . 185 (4711): 422–427. Código Bib :1960Natur.185..422K. doi :10.1038/185422a0. PMID  18990802. S2CID  4167651.
  7. ^ Morris, Alabama; MacArthur, MW; Hutchinson, EG; 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). "Fifi/psicología: Ramachandran revisitado". Estructura . 4 (12): 1395–400. doi : 10.1016/S0969-2126(96)00147-5 . PMID  8994966.
  9. ^ Pezuña, RWW; Sander, C.; Vriend, G. (1997). "Juzgar objetivamente la calidad de una estructura proteica a partir de un diagrama de Ramachandran". Comput Appl Biosci . 13 (4): 425–430. doi : 10.1093/bioinformática/13.4.425 . PMID  9283757.
  10. ^ Hovmöller, S.; Zhou, T.; Ohlson, T. (2002). "Conformaciones de aminoácidos en proteínas". Acta Cristalográfica D. 58 (Parte 5): 768–76. doi :10.1107/S0907444902003359. PMID  11976487.
  11. ^ ab Lovell, Carolina del Sur; Davis, IW; Arendall, WB; De Bakker, PIW; Palabra, JM; Prisant, MG; Richardson, JS; Richardson, CC (2003). "Validación de 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". Proteínas . 60 (4): 679–89. doi :10.1002/prot.20530. PMID  16021632. S2CID  17410997.
  13. ^ ab Ting, D.; Wang, G.; Mitra, R.; Jordania, Michigan; Dunbrack, RL (2010). "Distribuciones de probabilidad de aminoácidos de Ramachandran dependientes de vecinos desarrolladas a partir de un modelo de proceso jerárquico de Dirichlet". PLOS Biología Computacional . 6 (4): e1000763. Código Bib : 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 y análisis automático de motivos de giro αα en proteínas". Revista de biología molecular . 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 general en proteínas diseñadas de novo". Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . 112 (40): E5478–E5485. Código Bib : 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 de péptidos regulares utilizando una nueva métrica para la destreza manual (h)". PeerJ . 5 : e3327. doi : 10.7717/peerj.3327 . PMC 5436576 . PMID  28533975. 
  17. ^ "50 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). "Carbohidratos Estructura Suite (CSS): análisis de estructuras 3D de carbohidratos derivadas del PDB". Ácidos nucleicos Res . 33 (Problema de la base de datos): D242–246. doi : 10.1093/nar/gki013. PMC 539967 . PMID  15608187. 

Otras lecturas

enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con el complot de Ramachandran .