Der er to mulige konformationer af den plane peptidbinding: i trans-peptidgruppen er Ca-atomerne på modsatte sider af peptidbindingen (figur 3a), og i cis-peptidgruppen er Ca-atomerne på samme side af peptidbindingen (figur 3b).

generelt er peptidbindinger i transkonformationen. Imidlertid kan cis-former forekomme i peptidbindinger, der går forud for en prolinrest. I sådanne tilfælde er cis-formen mere stabil end normalt, da prolin-sidekæden giver mindre hindring. Ikke desto mindre forekommer cis-peptidbindinger kun i ca.10% af forekomster af peptidbindinger forud for prolinrester.

under hensyntagen til peptidgruppens plane natur kan en polypeptidkæde ses at have en rygrad, der består af en række stive plane peptidgrupper bundet af Ca-atomerne. Figur 4 viser en del af et polypeptid med to plane peptidgrupper i transkonformationen. Bemærk, at selvom rotation ikke er tilladt om peptidbindingerne, er der potentiale for rotation omkring Ca–N og Ca–C bindingerne. Rotationsvinklerne, betegnet torsionsvinkler, om disse bindinger specificerer konformationen af en polypeptid rygrad. Torsionsvinklerne omkring Ca-N og Ca–C-bindingerne betegnes som KRP (phi) og KRP. (psi), henholdsvis og de er defineret som 180 liter, når polypeptidet er i den udvidede plane konformation, som illustreret i figur 4.

figur 4 en del af et polypeptid, der viser to plane peptidgrupper (skraverede områder) sammenføjet ved Ca-atomet. Der er ringe bevægelsesfrihed inden for peptidgruppen, men rotation af peptidgrupperne omkring Ca–N–og Ca-C-bindingerne kan forekomme og defineres af henholdsvis torsionsvinklerne hhv. I den udvidede konformation, der er vist her, defineres begge disse vinkler som 180 liter. Ved konvention øges kur og kur med uret rotation af peptidgruppen set fra Ca, som angivet med pilene.

du vil ikke blive overrasket over at erfare, at steriske begrænsninger gælder for Prip og Prip.

som et resultat af disse steriske begrænsninger er kun visse værdier af kurr og kurr og dermed konformationer af peptidet tilladt, mens andre ikke er det.

det er muligt at beregne disse tilladte værdier for en given Rest i forbindelse med et polypeptid. Denne beregning udføres ved først at bestemme afstanden mellem alle de ikke-bindende atomer i to nabopeptidgrupper (såsom dem i figur 4) ved alle mulige værdier af KRP og KRP. Det gøres mest let for et polypeptid, der kun indeholder en slags aminosyre. Et konformationsplot af Kristian mod Kristian for en bestemt Rest er kendt som et Ramachandran-plot (efter dets opfinder, G. N. Ramachandran). Et sådant plot gør det muligt for os at identificere de konformationer (dvs.for en bestemt værdi af kr. og KR.), der er sterisk gunstige eller ugunstige (som i figur 5), i henhold til følgende kriterier:

• hvor der ikke er nogen konflikt mellem Van Der-radierne for ikke-bindende atomer, er en konformation ’tilladt’. Disse konformationer ligger i de blå områder i figur 5.

• konformationer, der kræver interatomiske afstande ved grænsen for det, der er tilladt, defineres som ‘ydre grænse’ konformationer. De ligger i de grønne områder i figur 5.teoretiske konformationer, der kræver, at to ikke-bindende atomer er tættere på hinanden end deres Van Der-radier tillader, er sterisk ‘forbudt’. Disse ligger i de hvide områder i figur 5.

Bemærk, at værdierne for KRP og KRP i figur 5 spænder fra −180 KRP til +180 KRP. Ved at dreje peptidgruppen gennem 360 liter vil det naturligvis bringe det tilbage til sin startposition, og −180 liter og +180 liter svarer til den samme position. Således er den grønne strimmel i nederste venstre hjørne af plottet i figur 5 sammenhængende med feltet i øverste venstre hjørne.

figur 5 et Ramachandran-plot, der viser de sterically tilladte Kurt-og kurvvinkler for en peptidkæde, der kun indeholder L-alaninrester (poly-L-alanin). ‘Tilladte’ konformationer er inden for de blå eller grønne områder, med dem, der er ‘ydre grænse’ konformationer i sidstnævnte. De resterende konformationer i det hvide område er ‘forbudt’. Bemærk, at der kun er tre diskrete regioner (nummereret 1-3) svarende til tilladte konformationer. (Data fra Ramachandran og Sasisekharan, 1968).

• Brug Figur 5 til at afgøre, om den følgende værdier af ɸ og ψ er sterically positiv eller negativ: (a) ɸ = 90º og ψ = 90º; (b) ɸ = −90º og ψ = 90º.

• (a) ugunstig; B) positiv.

Ramachandran-plots kan konstrueres til polymerer af hver af de 20 aminosyrer. Det er vigtigt at bemærke, at Ramachandran-plottene for mange aminosyrerester generelt er meget ens og kun har tre regioner med gunstige eller tolererede konformationer (mærket 1-3 i plottet for poly-l-alanin i figur 5). Forskelle forekommer dog. For eksempel, hvor sidekæden (R i figur 4) er forgrenet nær Ca, som i tilfældet med threonin, optager den mere plads tæt på peptidrygraden og begrænser tilgangen af atomer i de nærliggende peptidgrupper. Som et resultat er tilladte konformationer (Kurt-og kurvvinkler) mere begrænsede for polypeptider af forgrenede aminosyrer.

• prolin er også meget forskellig fra andre aminosyrer med hensyn til tilladte konformationer, og for polyprolin tolereres kun liter −værdier fra −85 liter til-35 liter. Når du tænker på prolins struktur, hvordan kan du forklare dette relativt snævre interval af tilladte pris-værdier?

• sidekæden af prolin er kovalent bundet til n af aminogruppen, så i polyprolin vil der være mindre rotationsfrihed omkring Ca-n–bindingen end med andre aminosyrer. Som følge heraf vil de tilladte værdier være relativt begrænsede sammenlignet med andre aminosyrer.

• figur 6 viser Ramachandran-plottet for glycinrester i en polypeptidkæde. Regionerne er farvekodede som i figur 5. Hvad kan du sige om de konformationer, som glycin vedtager? Overvej strukturen af glycin. Hvorfor adskiller glycin sig fra de andre rester med hensyn til dets konformationer?

• glycin har meget større konformationsfrihed end andre aminosyrerester, fordi det er mindre sterisk forhindret.

figur 6 Et Ramachandran-plot for poly-L-glycin.Regioner med ’tilladt’, ‘ydre grænse’ og ‘forbudt’ konformationer er farvet som i figur 5. (Data fra Ramachandran og Sasisekharan, 1968)

Ramachandran-plottene i figur 5 og 6 er blevet genereret for henholdsvis L-alanin og l-glycin på grundlag af tilladte og ydre grænseafstande for interatomiske kontakter, bestemt ud fra kendte værdier for atomernes Van-Der-radier (tabel 1).

tabel 1 Van der Vaals afstande for interatomiske kontakter.

kontakttype	normalt tilladt / list	ydre grænse / list
H···h	2.0	1.9 H···O 2, 4 2, 2 H···N 2, 4 2, 2 H···C 2, 4 2, 2 O···O 2, 7 2, 6 o···n 2, 7 2, 6 o···c 2, 8 2, 7 n n/t> 2, 7 2, 6 n c 2, 9 2, 8 C···C 3, 0 2, 9 C···ch2 3, 2 3, 0 CH2···ch2 3.2	3.0

de er derfor forudsigelige snarere end faktiske konformationsplaner. Vi kan selvfølgelig bruge røntgendiffraktion til eksperimentelt at bestemme de’ virkelige ‘ værdier af KRP og KRP for rester i et polypeptid. I Figur 7 er værdierne for alle rester (med undtagelse af glycin og prolin) i en række forskellige strukturer bestemt ved røntgendiffraktion med høj opløsning og afbildet på et Ramachandran-plot. Vi kan se, at der er en slående korrespondance mellem forudsagte og faktiske konformationer. Bemærk dog, at der er nogle rester, hvis konformationer kortlægger de ‘forbudte’ områder. De fleste af disse rester kortlægges i regionen mellem ’tilladte’ regioner 2 og 3, omkring kr = 0.

Figur 7 baseret på røntgendiffraktionsdata for en række polypeptidstrukturer, er kurr-og kurr-værdierne for alle aminosyrerester (med undtagelse af glycin og prolin) blevet overlejret på et forudsagt Ramachandran-plot af ’tilladte’ og ‘ydre grænse’ konformationer. Forudsigelser var baseret på afstande for interatomiske kontakter som beskrevet i teksten. Bemærk, at størstedelen af de faktiske værdier svarer til forudsagte tilladte konformationer.

• se igen på figur 4 og forestil dig, at du kan vride den øverste peptidgruppe gennem 180-div, så at-DIV = 0. Hvilke grupper vil sandsynligvis være i konflikt i denne konformation?

• n–h-grupperne af tilstødende peptidgrupper vil være i konflikt med hinanden og blive tvunget i nærheden.

konflikten forbundet med disse konformationer kan rummes ved en lille grad af vridning af peptidbindingen. I sådanne konformationer vrides peptidgruppen således ud af sin sædvanlige plane konformation.

et begrænset antal ‘forbudte’ konformationer af bestemte rester kan tolereres i et polypeptid, hvis den vedtagne konformation som helhed er energisk gunstig. Et polypeptid vil have tendens til at folde sådan, at det vedtager den mest stabile konformation. I denne konformation minimerer polypeptidet sin frie energi. I de næste afsnit skal vi se på dette højere niveau af proteinstruktur.