Принципы структурной организации белков - Г. Шульц 1982

Структурная роль пептидной связи
Стерические затруднения

Значения двугранных углов основной цепи ограничены. Конформационная подвижность полипептидной цепи ограничена. Жесткая пептидная связь заметно ограничивает подвижность полипептидной цепи. Кроме того, пептидное звено довольно громоздко и вызывает существенные стерические затруднения. Во время работы над моделями структуры коллагена Рамачандран и сотр. [28] исследовали вопрос, каким образом дальнее стерическое взаимодействие ограничивает свободу вращения вокруг связей N—С_а и С_а—С' Цепи, т. е. интервал допустимых углов — и ψ. Для этой цели они определили по известным кристаллическим структурам контактные вандерваальсовы расстояния между интересующими их атомами и получили величины, характеризующие так называемую нижнюю нормальную границу (табл. 2.1). Кроме того, они определили «нижнюю предельную о границу», которая была меньше «нижней нормальной» на 0,10 Å [29]. Оказалось, что с погрешностью 0,05 Å расстояния, отвечающие контактам, равны суммам контактных радиусов, т. е. вклад данного атома в контактное расстояние не зависел от его партнера. Следовательно, используемые в расчетах атомы выбранных размеров прощупывали пространство по существу так же, как это происходит в моделях с заполнением пространства, использующих жесткие сферы контактного радиуса.

Таблица 2.1 Эмпирические нижние границы невалентных контактных расстояний [29]

Конформационное пространство, интервал углов — и ψ, допустимых для остатка без боковой цепи (Gly), показаны на рис. 2.3, а. Эта ∅ψ-карта построена для жесткой пептидной связи с параметрами, приведенными на рис. 2.1, а, и с учетом обеих, нижней нормальной и нижней предельной, границ контактных расстояний (табл.2.1). Разметка карты выполнена по старой номенклатуре [27]. При нанесении новых значений ∅, ψ [21] начало сдвигается в центр карты. Остаток Gly имеет большую и непрерывную разрешенную область, занимающую около 50% пространства. Явно запрещенные контакты возникают между атомами Н_i+1 и О_i-1 в центре, а также между атомами О_i-1 и О_i. Менее заметные затруднения обнаружены между атомами Н_i и Н_i+1, О_i-1, и C'_i, а также О_i-1 и N_i+1. Наименее значимо стерическое взаимодействие между атомами N_i и Н_i+1.

У всех остатков кроме Glу и Pro стерически разрешены по существу одни и те же области. При наличии C_ß-атома, т. е. для всех остатков кроме Gly, пространство разрешенных конформаций резко суживается до областей, показанных на рис. 2.3, б. В модели жестких сфер с радиусами, отвечающими нормальным и предельно малым границам, разрешенными остаются соответственно только 8 и 22% пространства. На карте показаны контакты атомов С_β, ограничивающие три большие области пространства Gly. Две полностью разрешенные области включают соответственно конформации правой а-спирали и параллельной и антипараллельной ß-структур. Условно разрешенная область (—, ψ)=(+ 60°, + 60°) содержит левую а_L-спираль. Помимо Gly рис. 2.3, б не описывает только остаток Pro. Pro ведет себя иначе, поскольку его боковая цепь, связанная с пептидным азотом, фиксирует — = — 60° ± 20°. Разрешенная вариация углов ф в случае Pro отражает возможности изменения геометрии пирролидинового цикла.

Рис. 2.3. Разрешенные области для двугранных углов основной цепи. Приняты параметры пептидной связи Полинга и Кори, приведенные на рис. 2.1 [29].

Эти карты часто называют «картами Рамачандрана». а — карта глицина, не имеющего боковой цепи, с использованием модели жестких сфер с нормальными и с нижними граничными (———) контактными расстояниями, приведенными в табл. 2.1. В некоторых областях указаны запрещенные контакты. Обозначения атомов даны на рис. 2.2. б — карта аминокислот, содержащих C_β -атомы, построенная с использованием той же модели жестких сфер. Указаны конформации правой а-спирали, ß-складчатого листа и коллагена. Отмечены стерические затруднения, вызванные С_β-атомом, которые сводят большую область глицина к указанной на рисунке меньшей области. Три разрешенные области иногда обозначают как a_R — правая а-спираль, область вокруг значка а, a_L —левая а-спираль, область (∅, ψ) ≈ (+60°, +60°), ε — вытянутая цепь, область вокруг значка ß. В предположении модели жестких сфер (- - - нормальные радиусы; — — — радиусы, отвечающие нижним границам) указаны области, разрешенные для поли-L-цис- аланина. Конформация, приведенная на рис. 2.6, обозначена х, а конформация, отвечающая полн-L-пролииу I (полностью цис), обозначена как х, обведенный кружком.