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，是一種使蛋白質結構中，主鏈氨基酸殘基的二面角 ψ 和 φ 可視化的方法。
左側的圖形說明了主鏈二面角φ 和 ψ 的定義（當時被Ramachandran叫做 φ 和 φ'）。肽鍵處的 ω 角通常是 180°，因為肽鍵部分雙鍵的性質使它保持平面結構。右上方的圖，則展示了由 Ramachandran 等人于 1963年 至 1968年根據剛性球面模型計算出來的主鏈 φ,ψ 角允許的構象區域：完全允許的以實線表示，部分允許的則是虛線，點線則表示松弛的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，左下角的允許區的小條就可以與左上方的大的構象允許區域連接起來。
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應用
拉氏圖可以用于多少有些不同的兩種方面。一個從理論上展示哪些 ψ 和 φ 角的值，或者說構象，對蛋白質中的氨基酸殘基（如右上圖）是有可能的。其二是展示觀測數據點的經驗分布（如右圖），用于結構確認中，或者在許多結構所組成的數據庫中（如左下3幅圖所示）。這兩種情況均常用于展示理論偏好區域的外形。
氨基酸偏好
可以預料，更大的側鏈將會導致其更受限制，從而表現在拉氏圖上是一個更小的允許區域。實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。甘氨酸的側鏈只是一個氫原子，比起所有其它氨基酸側鏈開頭的 -CH3, -CH2-, 或-CH< 有一個更小的范德華半徑，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，其允許區域大多了。相反，脯氨酸的拉氏圖，由于其側鏈與主鏈 α-C 及 N 形成五元環，則表現出 ψ 和 φ 的非常有限的可能組合（見左圖，脯氨酸）
近期的更新
第一個拉氏圖于原子水平的蛋白質結構（肌紅蛋白，1960）首次測定后被計算出來，雖然其結論是基于短肽的小分子晶體學上。如今，幾十年過去了，已經有幾萬種通過X-射線晶體學測定并存儲于蛋白質資料庫的蛋白質的高分辨率結構。很多研究已經利用了這個數據以產生更加詳細精確的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]）。左側的三個圖展示了來自一系列高分辨率的結構的數據點以及通常情況（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象區域的輪廓。最常見的區域標記如下：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
也可以對多糖以及其它聚合物中的二面角類似作圖（例如，通過CARP等）。對蛋白質的前兩個側鏈二面角有一個相似的圖：Janin圖。
相關軟件
- 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 擴展。
- VMD, distributed with dynamic Ramachandran plot plugin
- WHAT_CHECK，來自 WHAT_IF_software 的獨立驗證的程序。
- 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. 生物化學原理. ISBN 978-7-04-029978-6 (簡體中文).
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參考來源
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