PROFILPELAJAR.COM

В биохимии карта Рамачандрана (также известная как график Рама, диаграмма Рамачандрана или график [φ,ψ]), первоначально разработанная в 1963 году Г.Н. Рамачандраном, К. Рамакришнаном и В. Сасисекхараном^[1], представляет собой способ визуализирования энергетически разрешенных областей для двугранных углов ψ основной цепи в зависимости от φ аминокислотных остатков в структуре белка. Рисунок слева иллюстрирует определение основных двугранных углов φ и ψ^[2] (названных Рамачандраном φ и φ'). Угол ω при пептидной связи обычно составляет 180°, поскольку характер частичной двойной связи сохраняет пептидную связь плоской^[3]. На рисунке вверху справа показаны разрешенные конформационные области φ,ψ основной цепи из публикации Ramachandran et al. Расчеты твердых сфер^[англ.] 1963 и 1968 годов: полный радиус обозначен сплошным контуром, уменьшенный радиус — пунктиром, а ослабленный угол тау (N-Cα-C) — пунктирными линиями^[4]. Поскольку значения двугранного угла являются круглыми, а 0° соответствует 360°, края графика Рамачандрана «заворачиваются» справа налево и снизу вверх. Например, небольшая полоска разрешенных значений вдоль нижнего левого края графика является продолжением большой области расширенной цепочки в левом верхнем углу.

Использование

Карту Рамачандрана можно использовать двумя различными способами. Один из них — теоретически показать, какие значения или конформации углов ψ и φ возможны для аминокислотного остатка в белке (как показано вверху справа). Во-вторых, с помощью карты можно показать эмпирическое распределение точек данных, наблюдаемых в одной структуре (как здесь справа) при использовании для проверки структуры или в базе данных, состоящей из многих структур (как на трех нижних графиках слева). Любой случай обычно отображается на фоне теоретически предпочтительных регионов.

Аминокислотные предпочтения

Можно было бы ожидать, что более крупные боковые цепи приведут к большему количеству ограничений и, следовательно, к меньшей допустимой области на графике Рамачандрана, но эффект боковых цепей невелик^[5]. На практике основным наблюдаемым эффектом является наличие или отсутствие метиленовой группы у Cβ^[5]. Глицин имеет только атом водорода в боковой цепи с гораздо меньшим радиусом Ван-дер-Ваальса, чем группы CH₃, CH₂ или CH, которые начинают боковую цепь всех других аминокислот. Следовательно, он наименее ограничен, и это видно на графике Рамачандрана для глицина (см. График Gly в галерее), для которого допустимая область значительно больше. Напротив, график Рамачандрана для пролина с его 5-членной кольцевой боковой цепью, соединяющей Cα с основной цепью N, показывает ограниченное количество возможных комбинаций ψ и φ (см. график Pro в галерее). Остаток, предшествующий пролину («препролин»), также имеет ограниченные комбинации по сравнению с общим случаем.

Более свежие обновления

Первый график Рамачандрана был рассчитан сразу после того, как была определена первая структура белка с атомным разрешением (миоглобин, в 1960 году^[6]), хотя выводы были основаны на низкомолекулярной кристаллографии коротких пептидов. Теперь, много десятилетий спустя, существуют десятки тысяч белковых структур высокого разрешения, определённых с помощью рентгеновской кристаллографии и депонированных в Банке данных белков (PDB). Многие исследования использовали эти данные для создания более подробных и точных графиков φ,ψ (например, 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]).

Четыре фигуры ниже показывают данные из большого набора высокоразрешительных структур и контур для предпочтительных и разрешенных конформационных областей для общего случая (все аминокислоты, кроме Gly, Pro и pre-Pro), для Gly и для Pro.^[14] Наиболее распространенные области маркируются: α для α-геликси, Lα для леворучной геликси, β для β-лист и ppII для полипролина II. Такой кластер описывается альтернативно в системе ABEGO, где каждая буква представляет собой α (и 3₁₀) спираль, правые β-листы (и расширенные структуры), левые спиральники, левые листы и, наконец, неразрывные пептидные цис-связи, которые иногда встречаются с пролином; он использовался при классификации мотивов^[15] и в последнее время для проектирования белков.^[16]

Хотя график Рамачандрана был учебным пособием для объяснения структурного поведения пептидной связи, исчерпывающее исследование того, как пептид ведет себя в каждой области графика Рамачандрана, было опубликовано лишь недавно (Mannige 2017^[17]).

Отделение молекулярной биофизики Индийского института науки отметило 50-летие карты Рамачандрана^[18], организовав Международную конференцию по биомолекулярным формам и функциям 8-11 января 2013 года^[19].

Связанные соглашения

Можно также построить двугранные углы в полисахаридах (например, с помощью CARP)^[20].

Галерея

Карта Рамачандрана для общего случая; данные из Lovell 2003
Карта Рамачандрана для глицина
Карта Рамачандрана для пролина
Карта Рамачандрана для предпролина

Программное обеспечение

Веб-инструмент структурного анализа любого загруженного PDB-файла, позволяющий создавать графики Рамачандрана, вычислять двугранные углы и извлекать последовательность из PDB
Веб-инструмент, показывающий график Рамачандрана для любой записи PDB
Веб-сервис MolProbity, который создает графики Рамачандрана и другие проверки любого файла формата PDB
SAVES (Structure Analysis and Verification) — использует WHATCHECK, PROCHECK и составляет свою собственную внутреннюю карту Рамачандрана
STING
Pymol с расширением DynoPlot
VMD, распространяется с помощью плагина dynamic Ramachandran plot plugin
WHAT CHECK, автономные процедуры проверки из программного обеспечения WHAT IF
UCSF Chimera
Sirius
Swiss PDB Viewer
TALOS
Zeus molecular viewer — в меню «Инструменты» находятся высококачественные графики с региональными контурами
Procheck
Зависимые от соседей и независимые от соседей распределения вероятностей Рамачандрана^[21]
Список аналогичного программного обеспечения смотрите также в PDB

Дальнейшее чтение

Richardson, J.S. The Anatomy and Taxonomy of Protein Structure // Anatomy and Taxonomy of Protein Structures. — 1981. — Vol. 34. — P. 167–339. — ISBN 9780120342341. — doi:10.1016/S0065-3233(08)60520-3., available on-line at Anatax
, ISBN 0-8153-0344-0 {{citation}}: |title= пропущен или пуст (справка)