Conference publications

Abstracts

XVIII conference

The new view on Ramachandran maps in dipeptides. Quantum-chemical semiempirikal study

Samchenko A.A., Kabanov A.V., Komarov V.M.

Institute of Cell Biophisics RAS, Russia, 142290 Pushchino, Moscow region, open13@mail.ru

Исследование механизма фолдинга олигопептидов и белков остается важнейшей задачей современной физико-химической биологии. В настоящее время при описании конформационных возможностей полипептидных цепей весьма эффективным оказывается подход на основе представлений карт Рамачандрана, согласно которому каждому аминокислотного остатку сопоставима пара торсионных. углов φ и ψ при Сα-атоме. В структуре белков могут наблюдаться только значения углов φ и ψ, обеспечивающие наименьшее отталкивание между боковыми цепями аминокислотных остатков. В соответствии с этим возникают «разрешенные» и «запрещенные» зоны значений торсионных углов, которые, собственно, и позволяют выделять аминокислоты и их последовательности, тяготеющие к образованию, например, либо α-спиральных, либо β-слоистых либо β-петлевых вторичных структур. Важно отметить, что данные представления базируются на двух упрощенных постулатах: а) жесткости и планарности пептидной группы и б) фиксированных и неизменяющихся валентных углах и длинах связей аминокислотных остатков. Вместе с тем, накопленные экспериментальные данные указывают, что, например, пептидная группа в составе простейших амидов только условно может считаться планарной. Для нее характерна высокая торсионная лабильность и предпочтительность в энергии неплоской геометрии O=C-NH фрагмента по отношению к плоской. Также весьма условно можно говорить о неизменности геометрии валентных структур различных аминокислотных остатков в разных конформационных состояниях. Поэтому вопрос о взаимном влиянии электронных взаимодействий валентных структур боковой группы аминокислоты и пептидного фрагмента на геометрию всего молекулярного остова монопептида и, следовательно, на статистику распределения углов φ и ψ карт Рамачандрана остается открытым. В данной работе на базе полуэмпирических РМ3 квантово-химических расчетов детально проанализированы особенности формирования основных конформационных состояний моно и дипептидов всех известных L-аминокислот. Исследовано влияние ротамеров аминокислотных остатков в дипептидах на электронную структуру молекулярного остова и, как следствие, на изменение распределения значений торсионных углов φ и ψ во вторичных структурах пептидов. Показано, что в отличие от общепринятого мнения активное взаимодействие электронных структур пептидной группы и боковых радикалов аминокислот приводит к появлению в картах Рамачандрана новых и довольно заметных эффектов. С одной стороны, наблюдается разбиение известных областей α- и β- вторичных структур на более мелкие области. С другой стороны, происходит расширение некоторых областей предпочтительности к тем или иным видам вторичной структуры, именно за счет учета непланарности геометрии основного состояния пептидной группы. В случае дипептидов некоторые области карт Рамачандрана оказываются расширенными, а некоторые - исчезнувшими вовсе.

• view as PDF