拉氏圖
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拉氏圖（又名 Ramachandran 圖，[φ,ψ]圖， α-碳與酰胺平面交角圖，英名 Ramachandran plot, Ramachandran diagram, 或 [φ,ψ] plot），起初是于1963年被 G. N. Ramachandran，C. Ramakrishnan 和 V. Sasisekharan 提出的，是一種使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中，主鏈氨基酸殘基的二面角 ψ 和 φ 可視化的方法。
左側(cè)的圖形說明了主鏈二面角φ 和 ψ 的定義（當(dāng)時(shí)被Ramachandran叫做 φ 和 φ'）。肽鍵處的 ω 角通常是 180°，因?yàn)殡逆I部分雙鍵的性質(zhì)使它保持平面結(jié)構(gòu)。右上方的圖，則展示了由 Ramachandran 等人于 1963年 至 1968年根據(jù)剛性球面模型計(jì)算出來的主鏈 φ,ψ 角允許的構(gòu)象區(qū)域：完全允許的以實(shí)線表示，部分允許的則是虛線，點(diǎn)線則表示松弛的τ(N-Cα-C)角。由于二面角的值 0° 和 360° 是等效的，拉氏圖的邊緣可以從左到右和從上到下“卷”起來。比如說，左下角的允許區(qū)的小條就可以與左上方的大的構(gòu)象允許區(qū)域連接起來。
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應(yīng)用
拉氏圖可以用于多少有些不同的兩種方面。一個(gè)從理論上展示哪些 ψ 和 φ 角的值，或者說構(gòu)象，對(duì)蛋白質(zhì)中的氨基酸殘基（如右上圖）是有可能的。其二是展示觀測數(shù)據(jù)點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)分布（如右圖），用于結(jié)構(gòu)確認(rèn)中，或者在許多結(jié)構(gòu)所組成的數(shù)據(jù)庫中（如左下3幅圖所示）。這兩種情況均常用于展示理論偏好區(qū)域的外形。
氨基酸偏好
可以預(yù)料，更大的側(cè)鏈將會(huì)導(dǎo)致其更受限制，從而表現(xiàn)在拉氏圖上是一個(gè)更小的允許區(qū)域。實(shí)際上看起來并不是這樣；只有β-位碳原子處的亞甲基的影響比較大。甘氨酸的側(cè)鏈只是一個(gè)氫原子，比起所有其它氨基酸側(cè)鏈開頭的 -CH3, -CH2-, 或-CH< 有一個(gè)更小的范德華半徑，所以它是受限制最小的，這在甘氨酸的拉氏圖中（見左圖，甘氨酸）可以看出，其允許區(qū)域大多了。相反，脯氨酸的拉氏圖，由于其側(cè)鏈與主鏈 α-C 及 N 形成五元環(huán)，則表現(xiàn)出 ψ 和 φ 的非常有限的可能組合（見左圖，脯氨酸）
近期的更新
第一個(gè)拉氏圖于原子水平的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)（肌紅蛋白，1960）首次測定后被計(jì)算出來，雖然其結(jié)論是基于短肽的小分子晶體學(xué)上。如今，幾十年過去了，已經(jīng)有幾萬種通過X-射線晶體學(xué)測定并存儲(chǔ)于蛋白質(zhì)資料庫的蛋白質(zhì)的高分辨率結(jié)構(gòu)。很多研究已經(jīng)利用了這個(gè)數(shù)據(jù)以產(chǎn)生更加詳細(xì)精確的φ,ψ圖（Morris et al. 1992;[1] Kleywegt & Jones 1996;[2] Hooft et al. 1997;[3] Hovm?ller et al. 2002;[4] Lovell et al. 2003[5]）。左側(cè)的三個(gè)圖展示了來自一系列高分辨率的結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)點(diǎn)以及通常情況（除甘氨酸，脯氨酸及 pre-Pro之外所有氨基酸），甘氨酸及脯氨酸的偏好和允許的構(gòu)象區(qū)域的輪廓。最常見的區(qū)域標(biāo)記如下：α 表示 α-螺旋，Lα 表示左旋α-螺旋，β 表示 β-折疊，ppII表示聚脯氨酸II。
相關(guān)
也可以對(duì)多糖以及其它聚合物中的二面角類似作圖（例如，通過CARP等）。對(duì)蛋白質(zhì)的前兩個(gè)側(cè)鏈二面角有一個(gè)相似的圖：Janin圖。
相關(guān)軟件
- Ramachandran plot 2.0
- Web-based tool showing Ramachandran plot of any PDB entry
- MolProbity web service that produces Ramachandran plots and other validation of any PDB-format file
- STING
- Pymol，具有 DynoPlot 擴(kuò)展。
- VMD, distributed with dynamic Ramachandran plot plugin
- WHAT_CHECK，來自 WHAT_IF_software 的獨(dú)立驗(yàn)證的程序。
- UCSF Chimera，可以在 Model Panel 中找到。
- Sirius
- Swiss PDB Viewer
- TALOS
可以參見 PDB 以獲取相似軟件的一個(gè)清單。
參考來源
- ↑ Morris, A.L.; MacArthur, M.W.; Hutchinson, E G.; Thornton, J.M.. Stereochemical quality of protein structure coordinates. Proteins: Structure, Function, and Genetics. 1992, 12 (4): 345–64. doi:10.1002/prot.340120407. PMID 1579569.
- ↑ Kleywegt, G.J.; Jones, T.A.. Phi/psi-chology: Ramachandran revisited. Structure. 1996, 4 (12): 1395–400. doi:10.1016/S0969-2126(96)00147-5. PMID 8994966.
- ↑ Hooft, R.W.W.; Sander, C.; Vriend, G.. Objectively judging the quality of a protein structure from a Ramachandran plot. Comput Appl Biosci. 1997, 13 (4): 425-430. doi:10.1093/bioinformatics/13.4.425.
- ↑ Hovm?ller, S.; Zhou, T.; Ohlson, T.. Conformations of amino acids in proteins. Acta Crystallographica D. 2002, 58 (Pt 5): 768–76. doi:10.1107/S0907444902003359. PMID 11976487.
- ↑ Lovell, S.C.; Davis, I.W.; Arendall, W.B.; De Bakker, P.I.W.; Word, J.M.; Prisant, M.G.; Richardson, J.S.; Richardson, D.C.. Structure validation by Cα geometry: ?,ψ and Cβ deviation. Proteins: Structure, Function, and Genetics. 2003, 50 (3): 437–50. doi:10.1002/prot.10286. PMID 12557186.
更多閱讀
- 張楚富. 生物化學(xué)原理. ISBN 978-7-04-029978-6 (簡體中文).
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