den primära strukturen hos ett protein definieras som sekvensen av aminosyror som den består av. Denna sekvens bestämmer slutligen den form som proteinet antar, enligt de rumsliga begränsningarna på arrangemanget av atomerna i proteinet, de kemiska egenskaperna hos komponentens aminosyrarester och proteinets miljö.

peptidbindningarna som länkar aminosyrarester i en polypeptid bildas i en kondensationsreaktion mellan den sura karboxylgruppen av en aminosyra och den basiska aminogruppen av en annan aminosyra. I samband med en peptid kallas amidgruppen (CO–NH) peptidgruppen.

avgörande för en förståelse av proteinstrukturen är en kunskap om strukturen hos peptidbindningen. Linus Pauling, på 1930-talet, använde röntgendiffraktion för att undersöka arten av peptidbindningen bildad mellan två aminosyror. Han rapporterade att peptidgruppen (CO–NH) har en styv plan struktur. Denna struktur beror på interaktioner mellan elektroner av karbonylgruppens dubbelbindning och C–N-bindningen (Figur 2) så att den senare förvärvar partiella (cirka 40%) dubbelbindningsegenskaper.

Figur 2 Resonansinteraktioner mellan elektroner i C=O–bindningen och C-N-bindningen i peptidgruppen betyder att det finns ”delning” av elektroner mellan dessa bindningar. Notera laddningarna på N-och O-atomerna.

denna effekt är ett exempel på resonans som kan ses som en delning av elektroner mellan bindningar. Eftersom enkelbindningar mellan två atomer är längre än dubbelbindningar mellan samma två atomer skiljer sig längderna för C–N och C=o-bindningarna i peptidgruppen från de som observerats för dessa bindningar i andra sammanhang där resonans inte uppstår. Således innebär den partiella dubbelbindningskaraktären hos C-N i peptidgruppen att denna bindning är kortare än vad som skulle förutsägas för en c–n-enkelbindning, medan C=O-bindningen, som har en partiell enkelbindningskaraktär på grund av resonans, är längre än vad som skulle förutsägas för en c=o-dubbelbindning. Bindningslängderna i peptidgruppen anges i Figur 3. Jämför c-N-bindningen av peptidgruppen med den mellan N och Ca (C-atomen till vilken aminogruppen och karboxylgruppen är fästa).

Figur 3 de genomsnittliga måtten i Ångström, Kubi (10 kg = 1 nm = 1000 pm) och grader av den plana peptidgruppen i (a) trans-konformationen och (b) cis-konformationen. OBS: i denna och andra representationer av konfigurationen av polypeptider finns det ingen indikation på bindningsordning (dvs. enkel-eller dubbelbindningar).

det finns två möjliga konformationer av den plana peptidbindningen: i trans-peptidgruppen är Ca-atomerna på motsatta sidor av peptidbindningen (figur 3a) och i cis-peptidgruppen är Ca-atomerna på samma sida av peptidbindningen (figur 3b).

generellt sett är peptidbindningar i trans-konformationen. Cis-former kan emellertid förekomma i peptidbindningar som föregår en prolinrest. I sådana fall är cis-formen stabilare än vanligt eftersom prolin-sidokedjan erbjuder mindre hinder. Icke desto mindre förekommer cis-peptidbindningar endast i cirka 10% av fallen av peptidbindningar som föregår prolinrester.

Med tanke på peptidgruppens plana natur kan en polypeptidkedja ses ha en ryggrad som består av en serie styva plana peptidgrupper kopplade av Ca-atomerna. Figur 4 visar en del av en polypeptid med två plana peptidgrupper i trans-konformationen. Observera att även om rotation inte är tillåten om peptidbindningarna, finns det potential för rotation runt Ca–n och Ca–C-bindningarna. Rotationsvinklarna, benämnda torsionsvinklar, om dessa bindningar specificerar konformationen av en polypeptidryggrad. Torsionsvinklarna om Ca–n-och Ca-C-bindningarna benämns Kubi (phi) och Kubi. (psi), respektive, och de definieras som 180 kg när polypeptiden befinner sig i den utökade plana konformationen, såsom illustreras i Figur 4.

Figur 4 en del av en polypeptid som visar två plana peptidgrupper (skuggade områden) förenade vid Ca-atomen. Det finns liten rörelsefrihet inom peptidgruppen, men rotation av peptidgrupperna om Ca-N–och Ca-C-bindningarna kan uppstå och definieras av torsionsvinklarna respektive. I den utvidgade konformationen som visas här definieras båda dessa vinklar som 180 kg. Enligt konventionen ökar och ökar medurs rotation av peptidgruppen när den ses från Ca, vilket indikeras av pilarna.

Du kommer inte att bli förvånad över att lära dig att steric begränsningar gäller för bisexuell och resp.

som ett resultat av dessa steriska begränsningar är endast vissa värden av Javi och Cori, och därmed konformationer av peptiden, tillåtna medan andra inte är det.

det är möjligt att beräkna dessa tillåtna värden för en given rest i samband med en polypeptid. Denna beräkning utförs genom att först bestämma avstånden mellan alla icke-bindningsatomer i två angränsande peptidgrupper (såsom de i Figur 4) vid alla möjliga värden för både ci och ci. Det görs lättast för en polypeptid som innehåller bara en typ av aminosyra. En konformationell komplott av Bisexuell mot en viss Rest är känd som en Ramachandran tomt (efter dess uppfinnare, G. N. Ramachandran). En sådan komplott gör det möjligt för oss att identifiera de konformationer (dvs. för ett särskilt värde av Jacobs och cube) som är steriskt gynnsamma eller ogynnsamma (som i Figur 5), enligt följande kriterier:

• där det inte finns någon konflikt mellan van der Waals-radierna för icke-bindningsatomer, är en konformation tillåten. Dessa konformationer ligger i de blå områdena i Figur 5.

• konformationer som kräver interatomiska avstånd vid gränsen för det som är tillåtet definieras som ’yttre gräns’ konformationer. De ligger i de gröna områdena i Figur 5.

• teoretiska konformationer som kräver att två icke-bindningsatomer är närmare varandra än deras van der Waals radier tillåter är steriskt ’förbjudna’. Dessa ligger i de vita områdena i Figur 5.

Lägg märke till att värdena för 6-180 +180 + 180+. Genom att vrida peptidgruppen genom 360 ml återgår den naturligtvis till utgångsläget, och −180 ml och +180 kg motsvarar samma position. Således är den gröna remsan längst ner till vänster på tomten i Figur 5 sammanhängande med fältet längst upp till vänster.

Figur 5 ett Ramachandran-diagram som visar de steriskt tillåtna vinklarna för en peptidkedja som endast innehåller L-alanin-rester (poly-l-alanin). ’Tillåtna’ konformationer är inom de blå eller gröna områdena, med de som är ’yttre gräns’ konformationer i den senare. De återstående konformationerna, i det vita området, är ’förbjudna’. Observera att det bara finns tre diskreta regioner (numrerade 1-3) som motsvarar tillåtna konformationer. (Data från Ramachandran och Sasisekharan, 1968).

Ramachandran-tomter kan konstrueras för polymerer av var och en av de 20 aminosyrorna. Det är viktigt att notera att Ramachandran-tomterna för många aminosyrarester i allmänhet är mycket lika, med endast tre regioner med gynnsamma eller tolererade konformationer (märkt 1-3 i tomten för poly-l-alanin i Figur 5). Skillnader förekommer dock. Till exempel, där sidokedjan (R i Figur 4) är förgrenad nära Ca, som i fallet med treonin, upptar den mer utrymme nära peptidryggraden och begränsar atomernas tillvägagångssätt i de närliggande peptidgrupperna. Som ett resultat är tillåtna konformationer (vinklarna i och IC) mer begränsade för polypeptider av grenade aminosyror.

Figur 6 en Ramachandran-plot för poly-l-glycin.Regioner med ’tillåtna’, ’yttre gräns’ och ’förbjudna’ konformationer är färgade som i Figur 5. (Data från Ramachandran och Sasisekharan, 1968)

Ramachandran-tomterna i figurerna 5 och 6 har genererats för respektive l-alanin och l-glycin på grundval av tillåtna och yttre gränsavstånd för interatomiska kontakter, bestämda från kända värden för van der Waals radier av atomerna (Tabell 1).

de är därför prediktiva snarare än faktiska konformationella tomter. Vi kan naturligtvis använda röntgendiffraktion för att experimentellt bestämma de’ reala ’ värdena för Javi och Su för rester i en polypeptid. I Figur 7 har värdena för alla rester (med undantag av glycin och prolin) i ett antal olika strukturer bestämts genom röntgendiffraktion med hög upplösning och ritats på en Ramachandranplot. Vi kan se att det finns en slående korrespondens mellan förutsagda och faktiska konformationer. Observera dock att det finns vissa rester vars konformationer kartlägger de förbjudna områdena. De flesta av dessa rester kartlägger i regionen mellan ’tillåtna’ regioner 2 och 3, runt 0 = 0.

Figur 7 baserat på röntgendiffraktionsdata för ett antal polypeptidstrukturer har värdena för alla aminosyrarester (med undantag för glycin och prolin) överlagrats på en förutspådd Ramachandran-plot av ”tillåtna” och ”yttre gräns” – konformationer. Förutsägelser baserades på van der Waals avstånd för interatomiska kontakter som beskrivs i texten. Observera att majoriteten av de faktiska värdena motsvarar förutsagda tillåtna konformationer.

konflikten i samband med dessa konformationer kan rymmas genom en liten grad av vridning av peptidbindningen. Således vrids peptidgruppen i sådana konformationer ur sin vanliga plana konformation.

ett begränsat antal förbjudna konformationer av särskilda restsubstanser kan tolereras i en polypeptid om den antagna konformationen som helhet är energiskt gynnsam. En polypeptid tenderar att vikas så att den antar den mest stabila konformationen. I denna konformation minimerar polypeptiden sin fria energi. I nästa avsnitt ska vi titta på denna högre nivå av proteinstruktur.