Grafico di Ramachandran

La conformazione dello scheletro di una proteina può essere descritta dagli angoli torsionali dei suoi amminoacidi intorno al legame Cα-N (angolo phi Φ) e Cα-C (angolo psi Ψ).

In teoria questi angoli possono spaziare da 0° a 360°, ma in pratica non è così perché ci sono situazioni di impedimento sterico o di repulsione elettrostatica dovuti ai residui laterali, motivo per cui non tutti gli angoli sono permessi.

Questo concetto viene elucidato dal plot di Ramachandran, un grafico che, servendosi delle coordinate spaziali di strutture proteiche risolte con le tecniche di cristallografia a raggi X o NMR,  descrive la struttura secondaria di una proteina; a ciascun punto del grafico corrisponde la coppia di angoli diedri (Φ e Ψ) propria di ogni amminoacido della proteina. La maggior parte delle regioni del grafico di Ramachandran, cioè la maggior parte delle combinazioni di angoli phi e psi, risultano tuttavia essere conformazioni proibite per una catena polipeptidica.

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Fonte: ebiolog.pl

Il grafico di Ramachandran permette così di rappresentare ogni proteina come la successione dei suoi angoli diedri phi e psi. Inserendo i valori degli angoli phi e psi, si vede che nel grafico le posizioni in cui vanno a cadere queste coppie di coordinate sono limitate. Certe coppie di angoli phi e psi sono caratteristiche di una determinata struttura secondaria e nelle strutture secondarie delle proteine viene mantenuta una regolarità degli angoli phi e psi per un certo numeri di residui; queste caratteristiche si osservano chiaramente nel grafico di Ramachandran.

Due ampie zone dello spazio phi e psi sono permesse da vincoli sterici: le regioni che includono gli angoli di torsione delle alfa eliche destrorse e dei foglietti beta estesi o pieghettati. I residui possono avere valori di phi e psi che cadono fuori dalle regioni permesse nei casi in cui il fold proteico stabilizzi una conformazione localmente distorta. Nella figura sotto, in blu, sono indicate quelle combinazioni degli angoli di torsione phi e psi dello scheletro che sono permesse, poiché esse non danno origine a interferenze steriche. Le regioni in azzurro sono permesse se si consente un certo rilassamento dei vincoli sterici. La regione isolata delle alfa eliche indicata in azzurro sulla destra corrisponde in realtà a un’elica sinistrorsa, che nelle proteine si osserva solo raramente in segmenti corti.

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Fonte: Acharya Narendra Dev College

 

Segue un “grafico di Ramachandran generato dalla proteina PCNA, una proteina umana che lega il DNA composta sia da β foglietti che α eliche (PDB ID 1AXC). I punti che giacciono sugli assi indicano i residui N- e C-terminali per ciascuna subunità. Le regioni in blu indicano le conformazioni per cui non si hanno ingombri sterici, mentre le aree verdi indicano conformazioni possibili ammettendo una piccola riduzione dei raggi di van der Waals dei gruppi laterali come avviene nel caso delle α eliche sinistrorse” (Fonte: Grafico di Ramachandran, Autore: Opabinia regalis).

 

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Immagine: Ramachandran plot della struttura cristallografica di un complesso Chimotripsina A-Inibitore. Fonte immagine: Higa et al. BMC Bioinformatics 2004 5:107   doi:10.1186/1471-2105-5-107

 

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