En esta actividad se nos pedía crear un conjunto de funciones que permiten calcular ángulos de torsión y con ello, calcular los ángulos phi y psi para dibujar el diagrama de Ramachandran.
Lo primero que hemos realizado para esta actividad son unas funciones de librería para trabajar con vectores, éstas nos permiten calcular distancias interatómicas, ángulos entre 2 vectores y los ángulos de torsión a partir de las coordenadas de los átomos en formato TPunto que se obtienen del record TAtomPDB incluido en nuestro formato TPDB.
Se pide también una comprobación de que la función que calcula los ángulos de torsión funciona adecuadamente. Por eso vamos a incluir una tabla donde vamos a incluir los ángulos de torsión de los 5 primeros residuos de la proteína calculados con nuestra función y comprobados con un visor de proteínas que nos permite realizar estos cálculos.
Cálculos
La tabla siguiente muestra las comprobaciones realizadas de los ángulos de torsión con nuestro
programa y los obtenidos con el visor de proteínas Yasara.
Diagrama de Ramachandran
En una proteína los carbonos α de aminoácidos adyacentes se encuentran separados por tres enlaces covalentes, ordenados de la siguiente manera: Cα 一C一N一Cα. Los estudios de difracción de rayos X de cristales de aminoácidos y de dipéptidos o tripéptidos demostraron que el enlace C一N es ligeramente más corto que el mismo enlace en una amina simple y que los átomos asociados con este enlace son coplanares. Esto mostraba como los seis átomos del grupo peptídico se encuentran en un mismo plano, con el átomo de oxígeno del grupo carbonílico en posición trans con respecto al átomo de hidrógeno del nitrógeno amídico. Todos estos estudios hicieron que los investigadores Pauling y Corey dedujeran que la rotación de los enlaces peptídicos C一N no pueden girar libremente debido al carácter parcial de doble enlace. La rotación sin embargo es posible alrededor de los enlaces N一 Cα y Cα 一C. Asi podemos visualizar el esqueleto de una proteína como una serie de planos rígidos consecutivos que comparten un punto de giro común alrededor de Cα.
La conformación de un péptido está definida por tres ángulos diedros (también llamados de torsión) a los que se les llama como Φ (phi), Ψ (psi) y 𝜔 (omega), que describen la rotación alrededor de cada uno de los tres ángulos diedros. Lo que medimos realmente es el ángulo entre los dos planos y nos da información sobre cual es la conformación de la proteína.
Los ángulos diedros más importantes para nuestro estudio son Φ y Ψ que en principio pueden tomar valores entre -180º y 180º, pero muchos de estos valores no son posibles a causa de los llamados impedimentos estéricos entre átomos del esqueleto peptídico y de las cadenas laterales de los aminoácidos.
El estudio de los valores permitidos de estos ángulos y su relación con la estructura de secundaria de la cadena se ve en el diagrama de Ramachandran una representación de los ángulos Φ frente a Ψ. Para esta representación se han realizado modelos donde se marcan las regiones permitidas.
Nuestro programa es capaz de calcular estos ángulos con las coordenadas del pdb y con la función torsión descrita y comprobada arriba. a parte se ha generado una función gráfica para poder dibujar los datos obtenidos.
El programa se ha desarrollado para que la función que obtiene los datos haga comprobaciones previas y no calcule ángulos que no existen como los que hay entre subunidades o entre residuos no consecutivos si es que el pdb está incompleto.
A parte se ha comprobado la calidad del diagrama con una herramienta online llamada RAMPAGE: Ramachandran Plot Assessment, la cual permite subir un fichero pdb y representa el diagrama de la estructura con las zonas permitidas marcadas.
Los ángulos diedros más importantes para nuestro estudio son Φ y Ψ que en principio pueden tomar valores entre -180º y 180º, pero muchos de estos valores no son posibles a causa de los llamados impedimentos estéricos entre átomos del esqueleto peptídico y de las cadenas laterales de los aminoácidos.
El estudio de los valores permitidos de estos ángulos y su relación con la estructura de secundaria de la cadena se ve en el diagrama de Ramachandran una representación de los ángulos Φ frente a Ψ. Para esta representación se han realizado modelos donde se marcan las regiones permitidas.
Nuestro programa es capaz de calcular estos ángulos con las coordenadas del pdb y con la función torsión descrita y comprobada arriba. a parte se ha generado una función gráfica para poder dibujar los datos obtenidos.
El programa se ha desarrollado para que la función que obtiene los datos haga comprobaciones previas y no calcule ángulos que no existen como los que hay entre subunidades o entre residuos no consecutivos si es que el pdb está incompleto.
A parte se ha comprobado la calidad del diagrama con una herramienta online llamada RAMPAGE: Ramachandran Plot Assessment, la cual permite subir un fichero pdb y representa el diagrama de la estructura con las zonas permitidas marcadas.
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| Diagramas de Ramachandran realizados por nuestra aplicación (izquierda) y por la herramienta online (derecha) |
Además esta herramienta online permite evaluar la calidad de la estructura y nos muestra que la mayoría de los puntos están en las zonas permitidas. A parte podemos ver que estructura es la que predomina en nuestra proteína según:
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| Zonas permitidas del diagrama y representación de la estructura secundaria a la que da lugar |
Vemos que nuestra proteína fundamentalmente tiene estructura de lámina β y es que los dominios conocidos como dominios Ig tienen estructura de barril β.
