este efeito é um exemplo de ressonância que pode ser pensado como uma partilha de elétrons entre ligações. Uma vez que as ligações únicas entre dois átomos são mais longas que as ligações duplas entre os mesmos dois átomos, os comprimentos das ligações C–N E C=o no grupo peptídeo diferem dos observados para essas ligações em outros contextos onde a ressonância não ocorre. Assim, o caráter parcial de ligação dupla de C-N no grupo peptídico significa que esta ligação é mais curta do que seria previsto para uma ligação única C–N, enquanto a ligação C=o, tendo um caráter parcial de ligação única devido à ressonância, é maior do que seria previsto para uma ligação dupla C=O. Os comprimentos das ligações no grupo peptídeo estão indicados na Figura 3. Compare a ligação C–N do grupo peptídico com a ligação entre N e Ca (o átomo C ao qual o grupo amino e o grupo carboxilo estão ligados).

Figura 3, A média dimensões, em angstroms, Å (10 Å = 1 nm = 1000 pm), e os graus, dos planar peptídeo grupo (um) a conformação trans e (b) a conformação cis. Nota: nesta e noutras representações da configuração dos polipeptídeos, não há indicação de ordem de ligação (ou seja, ligações simples ou duplas).

Existem duas possíveis conformações da ligação péptida planar: no grupo do peptídeo trans, os átomos de Ca estão em lados opostos da ligação peptídica (figura 3a) e no grupo do peptídeo cis, os átomos de Ca estão do mesmo lado da ligação peptídica (figura 3b).

de um modo geral, as ligações peptídicas estão na conformação trans. No entanto, as formas cis podem ocorrer em ligações peptídicas que precedem um resíduo prolina. Nesses casos, a forma cis é mais estável do que o habitual, uma vez que a cadeia lateral prolina oferece menos obstáculos. No entanto, as ligações com peptídeo cis ocorrem apenas em aproximadamente 10% dos casos de ligações peptídicas anteriores aos resíduos da prolina.tendo em conta a natureza planar do grupo peptídeo, uma cadeia polipeptídica pode ser vista como tendo uma espinha dorsal que consiste numa série de grupos rígidos de peptídeo planar ligados pelos átomos da Ca. A figura 4 mostra parte de um polipéptido com dois grupos peptídicos planares na conformação trans. Note que embora a rotação não seja permitida sobre as ligações peptídicas, há potencial para rotação em torno das ligações Ca–N e Ca–C. Os ângulos de rotação, denominados ângulos de torção , sobre estas ligações especificam a conformação de uma espinha dorsal polipéptida. Os ângulos de torção sobre as ligações Ca–n e Ca-C são referidos como ɸ (phi) e ψ. (psi), respectivamente, e são definidos como 180° quando o polipéptido está na conformação planar estendida, como ilustrado na Figura 4.

Figura 4 uma porção de um polipéptido mostrando dois grupos péptidos planares (áreas sombreadas) unidos no átomo da Ca. Há pouca liberdade de movimento dentro do grupo peptídico, mas a rotação dos grupos peptídicos sobre as ligações Ca–N e Ca–C pode ocorrer e é definida pelos ângulos de torção φ e ψ respectivamente. Na conformação estendida mostrada aqui, ambos os ângulos são definidos como 180º. Por convenção, φ e φ aumentam com rotação no sentido horário do grupo peptídico quando visto de Ca, como indicado pelas setas.

não ficará surpreendido ao saber que as restrições estéricas se aplicam a ψ e ψ.

como resultado destas restrições estéricas, apenas certos valores de ψ e ψ, e portanto conformações do péptido, são permitidos enquanto outros não são.

é possível calcular estes valores permitidos para um determinado resíduo no contexto de um polipeptídeo. Este cálculo é realizado primeiro determinando as distâncias entre todos os átomos não ligados em dois grupos peptídicos vizinhos (como os da Figura 4) em todos os valores possíveis de ψ e ψ. É mais facilmente feito para um polipéptido contendo apenas um tipo de aminoácido. A conformational plot of ψ against ψ for a particular residue is known as a Ramachandran plot (after its inventor, G. N. Ramachandran). Tal gráfico permite-nos identificar as conformações (isto é, para um valor particular de ψ e ψ) Que são estericamente favoráveis ou desfavoráveis (como Na Figura 5), de acordo com os seguintes critérios:

• Onde não há conflito entre os raios de van der Waals de átomos não ligados, uma conformação é “permitida”. Estas conformações encontram-se nas áreas azuis da Figura 5.

• As conformações que exigem distâncias interatómicas ao limite daquilo que é admissível são definidas como conformações de “limite exterior”. Encontram-se nas zonas verdes da Figura 5.

• conformações teóricas que exigem que quaisquer dois átomos não-ligantes estejam mais próximos um do outro do que os seus raios de van der Waals permitem são estericamente “proibidos”. Estes encontram-se nas áreas brancas da Figura 5.

Notice that the values of ɸ and ψ in Figure 5 range from-180 ° to + 180°. Rodar o grupo peptídeo até 360º irá, naturalmente, trazê −lo de volta à sua posição inicial, e-180º e +180º correspondem à mesma posição. Assim, a faixa verde no canto inferior esquerdo da parcela na Figura 5 é contígua com o campo no canto superior esquerdo.

Figura 5 uma parcela Ramachandran que mostra os ângulos estericamente permitidos para uma cadeia péptida contendo apenas resíduos de l-alanina (poli-l-alanina). As conformações “permitidas” estão dentro das áreas azul ou verde, com as que são conformações “limite exterior” nestas últimas. As conformações restantes, na área branca, são ‘proibidas’. Note que existem apenas três regiões discretas (numeradas 1-3) correspondentes a conformações permitidas. (Data from Ramachandran and Sasisekharan, 1968).

• Utilizar a Figura 5 para determinar se os seguintes valores de ɸ e ψ são sterically favoráveis ou desfavoráveis: (a) ɸ = 90º e ψ = 90º; (b) ɸ = −90º e ψ = 90º.

(a) desfavorável; B) favorável.as parcelas de Ramachandran podem ser construídas para polímeros de cada um dos 20 aminoácidos. É significativo notar que as parcelas de Ramachandran para muitos resíduos de aminoácidos são geralmente muito semelhantes, tendo apenas três regiões com conformações favoráveis ou toleradas (1-3 na parcela para poli-L-alanina na Figura 5). No entanto, ocorrem diferenças. Por exemplo, onde a cadeia lateral (R Na Figura 4) é ramificada perto de Ca, como no caso da treonina, ocupa mais espaço perto da espinha dorsal do péptido e restringe a aproximação dos átomos nos grupos peptídicos vizinhos. Como resultado, conformações permitidas (ɸ e ψ ângulos) são mais restritas para polipéptidos de aminoácidos ramificados.

• prolina também é bastante diferente de outros aminoácidos em termos de conformações Permitidas e para poliprolina apenas são tolerados valores de −85º a −35º. Pensando sobre a estrutura da prolina, como você pode explicar esta faixa relativamente estreita de valores autorizados ɸ?

• a cadeia lateral da prolina está ligada covalentemente ao N do grupo amino, pelo que na poliprolina haverá menos liberdade de rotação sobre a ligação Ca–N do que com outros aminoácidos. Consequentemente, os valores de ɸ permitidos serão relativamente limitados em comparação com outros aminoácidos.

• A Figura 6 mostra a parcela Ramachandran de resíduos de glicina numa cadeia polipeptídica. As regiões são codificadas por cores, como indicado na Figura 5. O que você pode dizer sobre as conformações que a glicina adota? Considere a estrutura da glicina. Por que a glicina difere dos outros resíduos no que diz respeito às suas conformações?

• glicina tem uma liberdade de conformação muito maior do que os outros resíduos de aminoácidos, porque é menos estericamente dificultada.


Figura 6 Um Ramachandran enredo para poli-l-glicina.As regiões de “Permitido”, “limite exterior” e “proibido” são coloridas como Na Figura 5. (Dados de Ramachandran e Sasisekharan, de 1968)

O Ramachandran parcelas nas Figuras 5 e 6 foram gerados, respectivamente, l-alanina e l-glicina na base do permitido e o limite exterior distâncias para interatomic contatos, determinada a partir de valores conhecidos de van der Waals raios dos átomos (Tabela 1).

Table 1 Van der Waals distances for interatomic contacts.

tipo de Contato	Normalmente permitidos / Å	limite Exterior / Å
H···H	2.0	1.9 H···O 2.4 2.2 H···N 2.4 2.2 H··· * * * C 2.4 2.2 S···S 2.7 2.6 O··O·N 2.7 2.6 S···C 2.8 2.7 N 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

são, portanto, gráficos preditivos e não conformacionais reais. Nós podemos, naturalmente, usar difração de raios X para determinar experimentalmente os valores ‘reais’ de ɸ e ψ Para Resíduos em um polipeptídeo. Na Figura 7, Os valores de ψ e ψ Para todos os resíduos (com exceção de glicina e prolina) em uma série de estruturas diferentes foram determinados por difração de raios X de alta resolução e plotados em uma parcela Ramachandran. Podemos ver que existe uma correspondência impressionante entre as conformações previstas e reais. Note, no entanto, que existem alguns resíduos cujas conformações mapeiam as áreas “proibidas”. A maioria destes resíduos mapeiam na região entre as regiões’ permitidas ‘ 2 e 3, em torno de ψ = 0.


Figura 7 Baseado na difração de raios X de dados para um número de polipeptídeo estruturas, o ɸ e ψ valores para todos os resíduos de aminoácidos (com exceção da glicina e prolina) foram sobrepostas a uma previsão de Ramachandran enredo de ‘permissão’ e ‘limite exterior’ conformações. As previsões foram baseadas em distâncias de van der Waals para contatos interatômicos como descrito no texto. Note-se que a maioria dos valores reais corresponde às conformações previstas admissíveis.

• olhe novamente para a Figura 4 e imagine que pode torcer o grupo peptídeo mais alto através de 180° de modo que ψ = 0. Que grupos são susceptíveis de entrar em conflito nesta conformação?

• os grupos N–H de grupos péptidos adjacentes entram em conflito uns com os outros, sendo forçados a aproximarem-se.

o conflito associado a estas conformações pode ser acomodado por um pequeno grau de torção da ligação peptídica. Assim, em tais conformações o grupo peptídico é torcido para fora de sua conformação planar usual.um número limitado de conformações “proibidas” de determinados resíduos pode ser tolerado num polipéptido se a conformação adoptada, no seu conjunto, for energeticamente favorável. Um polipéptido tende a dobrar de tal forma que adota a conformação mais estável. Nesta conformação, o polipéptido minimiza a sua energia livre. Nas secções seguintes, analisaremos este nível mais elevado de estrutura proteica.