A fehérjék térbeli szerkezetével kapcsolatos alapvető tudnivalók az Orvosi Biokémia tankönyvben (OB 6–20. old.) megtalálhatók. Ezért itt csak néhány olyan kiegészítő információt kívánunk adni, amelyek a tankönyvben leírt információk mélyebb megértését segítik elő, illetve kiegészítik azokat.

 

 

 

A fehérjék két leggyakoribb másodlagos szerkezeti konformációját energetikai alapon is értelmezhetjük. Mint említettük, a peptidkötés atomjai egy síkban vannak és négy atom (a – CO – NH – peptidkötés) mereven helyezkedik el, forgás csak a síkban levő α-szénatomok körül lehetséges. Ha kiindulásul olyan helyzetet választunk, ahol a két szomszédos merev sík 0o-os szöget zár be, akkor ehhez képest az elfordulás a Cα-szénatom mindkét oldalán adott szöggel megy végbe és ezek közül a C-Cα szöget ψ, a C-Nα szöget φ szögként szokták jelölni (1.27. ábra). Ezek az elfordulások nem lehetnek tetszőlegesek, ha például egy-egy elfordulási lehetőségnél 180o-os szöget veszünk figyelembe, hogy a síkok újra párhuzamosak legyenek, rendre olyan helyzeteket teremtünk, ahol a peptidkötés O atomjai túlzottan közel kerülnek egymáshoz, így a taszítóerő miatt a térszerkezet nem lenne stabil. A két forgási ún. torziószög függvényében energiadiagram vehető fel, amely megmutatja azokat a szögpárokat, ahol a fehérje térszerkezete energiaminimumot mutat, tehát az atomok nem kerülnek „taszítóközelségbe” egymáshoz. Ezt felfedezőjéről Ramachandran-diagramnak nevezzük (1.29. ábra). A diagramot eredetileg diamid-modelllre dolgozták ki, de kisebb módosításokkal hosszú polipeptidláncra is alkalmazható, bár utóbbiaknál a konformációs lehetőségeket illetően több megszorítás lép fel. Az atomok van der Waals sugarának megfelelő figyelembevételével olyan számítások végezhetők, amelyeknek eredményeképpen a diagram minden pontjához egy energiaérték rendelhető; ha ezeket a felületre merőlegesen felmérjük és összekötjük, domborzati térképhez hasonló alakzatot kapunk. Ezen a diagramon a stabilis állapotoknak „völgyek” (energiaminimumok) és a labilis konformációknak megfelelő „hegyek” találhatók. A két legfontosabb és legnagyobb stabilitású (folyamatos vonallal határolt) „energiavölgy”-nek megfelelő γ-φ forgásszög-pár a jobbmenetes a-helixnek, illetve a b-redőzőtt lemez szerkezetnek felel meg (előbbinél ideális esetben γ = – 57°, φ = – 47°, az utóbbi paralel formájánál γ = 113°, φ = –119°, míg az antiparalelnél γ = 135°, míg φ = –139°). Fontos, hogy ezek az energia-minimumok együttesen is a lehetséges konformációknak mindössze kb. egytizedét képviselik. Rajtuk kívül még további (szaggatott vonallal határolt) kisebb stabilitású, de még megengedett energiavölgyek is találhatók a „térképen”, ezek pl. a kollagénben található hélixnek, a balmenetes a-hélixnek, valamint a relatíve ritka 310-es helixnek, valamint a nyújtott láncnak felelnek meg (1.29. ábra).

 

 

A térkép döntő részét képező „fehér folt” az energetikailag nem megengedett térszerkezetek Ψ–Φ szögpárjait képviseli. Ilyen pl. a Ψ = – 60°, Φ = + 180°-os pár (1.28. ábra), amelynél a szomszédos peptidkötések karbonil oxigénjeinak van der Waals sugarai átfedik egymást, ezáltal a túlzott közelség destabilizálja a térszerkezetet.