L. A. Kadirova, A. A. No’monjonov bioinformatika o‘zbekiston Respublikasi vazirligi tomonidan ta’lim yo‘nalishi bo‘yicha darslik sifatida tavsiya etilgan

Konformatsiya atomlarning fazoda bir-biriga nisbatan joylashishi bilan belgilanadi.

Shakl. 7.1. Cis-butilen va trans-butilen bir xil konfiguratsiyaga ega, ammo har xil konformatsiyaga ega.
Konformatsiyani tavsiflovchi parametrlardan biri bog'lanish burchaklaridir . Bog'lanish burchagi - bu bir atomga qo'shni bo'lgan ikkita bog'lanish orasidagi burchak.
Valentlik burchagi deyiladi. tekis burchak; uni belgilaydigan bog'lanishlar bir xil tekislikda yotadi.
Ko'pgina molekulalar bir tekislikda yotmaydigan atomlardan iborat. Bunday holda, bog'lanish burchaklari molekula konformatsiyasini bir ma'noda tasvirlashga imkon bermaydi.
Ushbu molekulalardagi barcha bog'lanish burchaklari 120 ° dir.
H ₂ O _{2 molekulalari} bir xil konfiguratsiyaga va bir xil bog'lanish burchaklariga ega, ammo ular turli xil konformatsiyalarga ega: bu molekulalarni qanday aylantirsangiz ham, siz kosmosdagi barcha atomlarning bir xil holatiga erisha olmaysiz. Farqlarning yagona sababini ko'rish oson: ikkala holatda ham molekulaning yarmi, xuddi boshqasiga nisbatan aylantiriladi (O-O aloqasi aylanish o'qidir) va bu burilish yo'nalishi. ikki molekula uchun farq qiladi.
Molekulaning konformatsiyasini aniq aniqlash uchun burilish burchaklaridan foydalaniladi . Burilish burchagi (bog' atrofida ) bu bog'ning qarama-qarshi tomonlarida joylashgan molekula qismlarining o'zaro aylanishini belgilovchi dihedral burchakdir. Buralish burchaklarini ko'rsatish uchun qulay model quyidagi rasmda bo'lgani kabi to'rt atomli shartli tizimdir (A-B-C-D).
BC bog'i atrofidagi buralish burchagi A, B, C va B, C, D atomlarini o'z ichiga olgan tekisliklar orasidagi ikki burchakli burchakdir.
Xuddi shu burchakni A-B va C-D bog'lanishlarining B-C ga perpendikulyar tekislikka proyeksiyalari orasidagi burchak sifatida aniqlash mumkin.
Burchak qiymati kuzatuvchiga eng yaqin ulanishdan va kuzatuvchidan uzoqda joylashgan ulanishdan o'lchanadi. Agar yaqin aloqadan uzoqqa eng qisqa yo'l bo'ylab aqliy harakat soat yo'nalishi bo'yicha sodir bo'lsa, burchak ijobiy hisoblanadi; agar soat sohasi farqli o'laroq, salbiy.
Burilish burchagi qaysi tomondan "qarash" ga bog'liq emas: "B" atomi tomonidan yoki "C" atomi tomonidan.
Shunday qilib, burilish burchagi -180 ° dan 180 ° gacha bo'lgan qiymatlarni olishi mumkin. Tabiiyki, ekstremal qiymatlar -180 ° va 180 ° - bir xil konformatsiyaga mos keladi.
Quyidagi misollarda burilish burchaklarining qiymatlarini aniqlashga harakat qiling:
"B" yoki "C" atomlaridan bir nechta aloqalar ajralib chiqadigan vaziyatda , burchakni o'qish uchun kattaroq atom yoki kimyoviy guruh bilan bog'langanlar tanlanadi.
Ushbu qoidadan foydalanib, 1-xloro-1-ftor-propan molekulasidagi C1-C2 aloqasi atrofidagi burchakni aniqlashga harakat qiling.
Javob: Buralish burchaklari nafaqat kichik molekulalar, balki makromolekulalar, xususan, oqsillarning ham konformatsiyasini tasvirlash uchun ishlatiladi.
Protein molekulasining konformatsiyasini tavsiflashda, deb ataladigan narsani ajratib ko'rsatish odatiy holdir. asosiy zanjir (polipeptid zanjirining "umurtqa suyagi" ni tashkil etuvchi atomlar - N, C _a va C' aminokislota qoldiqlari) va yon zanjirlar (aminokislotalar qoldiqlari radikallari).
Burilish burchaklari (shuningdek, "oddiy" burchaklar) odatda yunoncha harflar bilan belgilanadi. Burchaklar rasmda ko'rsatilgan havolalar atrofida tegishli harflar bilan belgilanadi. Asosiy zanjirni tashkil etuvchi bog'lar atrofidagi burchaklar f (phi), y (psi) va sh (omega) harflari bilan belgilanadi; radikaldagi bog'lanishlar atrofidagi burchaklar Ca-atomdan hisoblangan raqamli indekslar bilan x (chi) harfi bilan belgilanadi.

Keling, asosiy zanjirni batafsil ko'rib chiqaylik. I-chi aminokislota qoldig'i uchun ph burchagi (NC _{a atrofida) C'm-Ni va C ai} - C'i bog'lanishlari orasidagi burchak sifatida hisoblanadi ; v burchak (C _a -C' atrofida) Ni-C _a i va C'i-N+i oralig'ida. Boshqacha qilib aytganda, buralish burchagi ph yoki y ni aniqlaydigan to'rtta atomning barchasi polipeptid zanjirining magistraliga tegishli. Bunday printsip nafaqat "intuitiv", balki rasmiy ravishda ham to'g'ri keladi: axir, burchakni o'qish uchun biz eng katta guruhlar yoki atomlarni tanlaymiz; va bu holda, polipeptid zanjirining bizning burchakning har ikki tomoniga cho'zilgan ikki qismini ulkan "kimyoviy guruhlar" deb hisoblash mumkin. Burchak w, garchi bir xil qoidaga bo'ysunsa ham, tasodifan e'tibordan chetda qolmadi. Gap shundaki, m amalda doimiydir. Peptid guruhining tautomeriyasi tufayli peptid bog'i atrofida aylanish qiyin; peptid guruhining atomlari (C=O, NH) bir tekislikda yotadi va bir tomonda bog'langan C _a va ikkinchi tomonda N bir tekislikda yotadi, bu w = 180 ° ni bildiradi. Quyidagi haqiqiy oqsil tuzilmalari misollarida, agar xohlasangiz, buni o'zingiz tekshirishingiz mumkin.

oh u
II I
-C—N- M -c=N —
I
H
OG-.-C^N-•JH
7.2-rasm. Peptidlar guruhining tautomerizmi va planar tuzilishi
Ko'rinib turibdiki, oqsil molekulasining fazoviy tuzilishini asosiy zanjirning konformatsiyasi sifatida aniqlash mumkin. Boshqacha qilib aytganda, polipeptidning barcha mumkin bo'lgan moslashuvchanligi kimyoviy guruhlarning NC _a va C _a -C' bog'lari atrofida aylanishi bilan ta'minlanadi. Bu shuni anglatadiki, polipeptidning konformatsiyasi zanjirdagi barcha aminokislotalar uchun ph va y burilish burchaklarining to'plami sifatida tavsiflanishi mumkin.
Ushbu fikrning ahamiyatini ta'kidlash uchun yana bir bor takrorlaymiz: oqsilning uchinchi darajali tuzilishi yoki globulaning konformatsiyasi - buralish burchaklarining umumiy yig'indisi sifatida aniqlanishi mumkin ph va uning tarkibidagi barcha aminokislotalar qoldiqlari.
Polipeptid zanjirining ph va y burchaklarining qiymatlarini tavsiflash uchun maxsus diagrammalar qo'llaniladi - Ramachandran xaritalari. Umuman olganda, Ramachandran xaritalari butun oqsil molekulalarining konformatsiyasini tavsiflaydi; xaritadagi har bir nuqta bitta aminokislota qoldig'ini ifodalaydi. Nuqtaning holati gorizontal ravishda ph burchagini, vertikal - y ni ko'rsatadi.




Shakl 7.4. Leytsilvalin qoldig'ining strukturaviy formulasi va uning fazoviy tuzilishi. Atomlarning joylashishi, iloji boricha, bir xil tarzda kuzatiladi.
7.3-rasm. Fosforiboziltransferaza uchun Ramachandran xaritasiga misol.

uchun keling, ushbu dipeptid (leysilvalin) uchun Ramachandran xaritasini tuzamiz.
Rasmda bizning "xaritamiz" bo'sh joy ko'rsatilgan, unda leysin uchun burchaklarning qiymatlari belgilangan: ph = -118 °, y = -36 °. Ular qanday aniqlanganligini ko'rish uchun ushbu qiymatlarning har birini bosishingiz mumkin. Keyin xaritadagi valinning qolgan qismiga mos keladigan nuqta qayerda bo'lishini o'zingiz aniqlashga harakat qiling. Uni xaritada ko'rsating.
Shu tarzda oqsilning barcha aminokislota qoldiqlari uchun ph va y burchaklari aniqlanadi va yuqoridagi kabi xaritalar olinadi. Shuni ta'kidlash kerakki, Ramachandran xaritasi oqsilning uchinchi darajali tuzilishini aniq belgilamaydi, chunki u aminokislotalarning bog'lanish tartibini ko'rsatmaydi. Bu faqat oqsildagi aminokislotalarning ustun konformatsiyasini ko'rish imkonini beradi. Amalda Ramachandran xaritalari oqsilda ma'lum ikkilamchi va o'ta ikkilamchi tuzilmalar (struktura motivlari) mavjudligini ko'rsatish uchun ishlatiladi; To'g'ridan-to'g'ri aytganda, Ramachandran jadvallari muntazam naqshlar deb ataladigan narsalarni aniqlashga imkon beradi . Oqsillardagi muntazam tuzilmalar polipeptid zanjirining bo'limlari bo'lib, unda aminokislotalar qoldiqlari o'xshash konformatsiyaga ega (ularning burchaklari ph va y taxminan teng bo'lgan ma'noda; radikallarning konformatsiyasi hisobga olinmaydi). Muntazam tuzilmalar ikkilamchi tuzilmalarning bir turidir. Muntazam tuzilmalarga a-spiral va 0-varaqlar misol bo'ladi.
Rasmda soddalashtirilgan a-spiral strukturasi ko'rsatilgan. Agar siz uning tarkibidagi qoldiqlarning ph va y burchaklarini aniqlashga harakat qilsangiz, ular turli xil qoldiqlar uchun taxminan bir xil ekanligini va -40 ° dan -60 ° gacha bo'lgan qiymatlarga ega ekanligini sezasiz. Shunga ko'ra, ma'lum bir tuzilma uchun Ramachandran xaritasida nuqtalar ma'lum bir hududda to'planadi. Muayyan ikkilamchi tuzilishga xos bo'lgan hududdagi nuqtalarning ko'pligi ushbu tuzilmaning oqsilda mavjudligi darajasini baholashga imkon beradi.
Oqsillardagi ikkilamchi tuzilmalar uchun standart burchaklar:

O'ng qo'lli a-spiral — f = -57°, y = -47° Parallel O-varaq - f = -119°, y = +113°

Antiparallel 0-barg — ph = -139°, y = +136° Chap qoʻl a-spirali — ph = +57°, y = +47° Zu spirali — ph = -49°, y = -26°
n-spiral - f \u003d -57 °, y \u003d -80 °
Poliprolin spirali - f = -79 °, y = +150 °
Kollagen spiral — f = -51°, y = +153
Shunday qilib, Ramachandran xaritalari oqsilda a-spirallar, b-torlar va boshqa muntazam tuzilmalar mavjudligini aniq aniqlash imkonini beradi.⁴