h3>>p> Para aminoácidos individuais, um Pα de <0.9 denota um disjuntor α-helix, um Pα de >1.1 denota um aminoácido α-helix-favorecido, e valores entre 0.9 e 1.1 denota que o aminoácido é neutro a este respeito . O mesmo princípio aplica-se a Pβ. As propensões dos aminoácidos calculadas utilizando o nosso conjunto de dados (Pα i e Pβ i ) são mostradas no Quadro 2. Os seus desvios padrão variavam entre 0,001 e 0,004. Os resultados estão em bom acordo com os relatórios anteriores .
Calculámos também as propensões de aminoácidos para resíduos expostos e enterrados (Pexp i e Pbur i ) nos elementos estruturais secundários (Tabela 2). Para α-helices, as três propensões médias Pα i , Pαexp i e Pαbur têm tendências semelhantes. Por outro lado, as propensões médias para os resíduos expostos (Pβexp i ) e os resíduos enterrados (Pβbur i ) para os elementos estruturais β diferem significativamente (Quadro 2). É especialmente interessante que Lys e Arg, mas não dois outros resíduos carregados, Asp e Glu, são preferidos como resíduos expostos nas cordas de β. Não surpreendentemente, todos os aminoácidos carregados são desfavorecidos como resíduos enterrados nas cordas de β. As regiões enterradas não favorecem os aminoácidos carregados para as cordas de β, enquanto que a hélice α pode tolerar aminoácidos carregados.
Como previamente relatado em estudos estatísticos, os aminoácidos carregados (incluindo Lis e Arg) produzem valores baixos para Pβ, o que está de acordo com as propensões médias, Pβ i , determinadas no presente trabalho. Os nossos resultados, contudo, mostram que Lys e Arg têm valores relativamente altos de Pβexp para resíduos expostos, mas esta propriedade é mascarada quando se comparam as propensões médias. No nosso conjunto de dados, a fracção de resíduos expostos em β-tensões é baixa (29%) em comparação com α-helices (46%). A maioria dos resíduos nas cordas de β são enterrados dentro de proteínas e cobertos por α-helices ou regiões de loop; os resíduos expostos são assim menos frequentemente encontrados nas cordas de β, e as suas contribuições para a média Pβ i são portanto pequenas. Jiang e colegas de trabalho sugeriram que as hidrofobicidades das cadeias laterais de aminoácidos são o principal determinante das estruturas da folha β, mas os nossos dados sugerem que este resultado é verdadeiro para os resíduos enterrados mas não para os resíduos expostos nas estruturas da folha β. Minor e Kim mediram a propensão dos 20 aminoácidos para a formação da folha β numa variante do domínio de ligação IgG a partir da proteína G, que tem quatro antiparalelas β. Foram feitas substituições de aminoácidos num sítio convidado na superfície exposta ao solvente do cordão central. As propensões dessas experiências mostram uma forte correlação com os valores logarítmicos Pβexp i obtidos aqui (R = 0,82), embora mostrem uma correlação mais fraca com os nossos valores logarítmicos Pβbur i (R = 0,63). Além disso, existe uma fraca correlação entre as propensões determinadas por Minor e Kim e as de Chou e Fasman . Estes resultados mostram que a preferência por cordas β difere para sítios expostos e enterrados.
Precessão de dependência de propensões de aminoácidos para α-helices
As propensões de aminoácidos i na região helicoidal da dobra j, Pα ij , e a região de cordas β da dobra j, Pβ ij , foram assim calculadas para 39 e 24 das dobras de SCOP, respectivamente (Figura 1). Os seus desvios padrão variam de 0,01 a 0,05. Com excepção do Met, Cys, Trp, Asn, Asp e His para Pα ij , e com excepção do Met, Pro e Cys para Pβ ij , a população de aminoácidos diferiu (>90% do nível de confiança) para mais de um par de dobras.
propensões de aminoácidos para cada dobra SCOP. Lotes de caixas de propensões de aminoácidos para cada dobra de SCOP para α-helices (A) e β-strands (B). Cada caixa encerra 50% dos dados com o valor mediano exibido como uma linha. A parte superior e inferior da caixa marca os limites de ±25% dos dados. As linhas que se estendem do topo e da base de cada caixa marcam os valores mínimo e máximo dentro do conjunto de dados que se situam dentro de um intervalo aceitável. Qualquer valor fora deste intervalo, chamado de outlier, é exibido como um ponto individual. O sublinhado de certos resíduos (código de uma letra) no eixo horizontal denota que os resultados do teste de proporção populacional Fisher-Irwin indicaram que as diferenças nas propensões são estatisticamente significativas entre as dobras.
Em particular, foi obtida uma ampla gama de valores de Pα ij para os resíduos aromáticos Phe (0,66-2,00) e Tyr (0,58-1,89), dependendo do tipo de dobra, e a propensão média para todas as dobras é de aproximadamente 1,0 para estes aminoácidos (Figura 1A e Tabela 2). As propensões dos resíduos carregados Lys (0,65-1,56) e Arg (0,80-1,71) também variaram muito, dependendo de uma dobra. Por outro lado, em >80% das dobras de SCOP, Leu ou Glu são favorecidas na conformação celular α, enquanto que Val, Pro, Ser, Thr, Asn, Asp e Gly não são favorecidas. Ala é favorecida na conformação α-helical na maioria das dobras (79%), mas não é favorecida em duas dobras (Protein kinase-like e 4-helical cytokines). Em particular, o valor da propensão de Ala para a dobra “4-helical cytokines” é bastante baixo (Pα ij = 0,64). Met, Cys, Trp e His não têm uma diferença de população tipo dobra na >90% de nível de confiança em qualquer par de dobras, embora as suas propensões variem muito entre as várias dobras. Portanto, não avaliámos mais estes aminoácidos.
Richardson et al. mostraram que Ala não é favorecido em finais de α-helix , sugerindo que uma pequena α-helix não favorece Ala. O comprimento médio da hélice α-helix das 4 dobras de citocinas helicoidais é, no entanto, o terceiro mais longo das 39 dobras (A mais longa e a segunda mais longa são as das dobras “tipo Ferritina” e “Four-helical up-and-down bundle”, respectivamente). Em seguida, foi calculado o coeficiente de correlação entre o comprimento médio da hélice α e a propensão dos aminoácidos para cada aminoácido, de modo a que fossem inferiores a 0,4. Este resultado indica que não existe relação entre o comprimento médio da hélice α e a propensão helicoidal de qualquer aminoácido.
Engel et al. mostram que a maioria das hélices são anfifílicas , sugerindo que as propensões para a hélice α dependem da fracção de resíduos expostos. Assim, examinámos as correlações entre a fracção de resíduo exposta e a frequência dos aminoácidos em α-helices. Nenhum aminoácido mostrou uma forte correlação (R < -0,7 ou R > 0,7) entre a fracção de resíduos expostos e a frequência dos aminoácidos, embora os resíduos carregados, Lis e Asp tenham uma correlação positiva relativamente forte (RK = 0,66, RD = 0,54). Em contraste, os coeficientes de correlação de Glu e Arg (também aminoácidos carregados) são pequenos (RE = 0,26, RR = 0,07).
Figure 2 também apresenta propensões de aminoácidos expostos e enterrados para cada dobra de SCOP. Para as regiões expostas de uma hélice α (Figura 2A), menos de dez aminoácidos mostram a diferença de população com 90% de confiança para pelo menos um par de dobras. Provavelmente, isto resulta do facto de o conjunto de dados se ter limitado aos resíduos expostos. Glu (Pαexp ij : 1,0-1,92) é favorecido nas regiões expostas (Figura 2A) enquanto que Leu (Pαbur ij : 0,97-1,88) é favorecido nas regiões enterradas (Figura 2B) para mais de 80% das dobras. Pro e Gly são extremamente desfavorecidos tanto em regiões expostas como enterradas para mais de 92% das dobras. As propensões de Ala nas regiões expostas e enterradas de α-helix têm uma tendência semelhante à de Pα ij . Ala é favorecida na conformação helicoidal de α- nas regiões expostas e enterradas por 72% e 79% das dobras, respectivamente, enquanto Ala é desfavorecida por 8% e 13% das dobras quando exposta ou enterrada, respectivamente. Para a dobra “4-helical cytokines”, os valores da propensão de Ala em ambas as regiões expostas e enterradas são também baixos (Pαexp ij = 0,72 e Pαbur ij = 0,60). Foi obtida uma vasta gama de valores de Pαbur ij para os resíduos aromáticos Phe e Tyr, dependendo do tipo de dobra (Figura 2B), como por exemplo Pα ij .
propensões de aminoácidos para resíduos expostos e enterrados. Lotes de caixa de propensões de aminoácidos para cada dobra de SCOP para resíduos expostos (A) e enterrados (B) em α-helices e para resíduos expostos (C) e enterrados (D) em β-strands. As propensões para as cordas de β para Trp na dobra de SCOP “PH domain-like barrel” e para Lys na dobra de SCOP “Protein kinase-like” estavam fora de alcance (4,3 em C e 3,8 em D, respectivamente) e não são mostradas. O sublinhado de certos resíduos no eixo horizontal denota que os resultados do teste de proporção populacional Fisher-Irwin indicaram que as diferenças nas propensões são estatisticamente significativas entre as dobras.
Dependência dobrada de propensões de aminoácidos para β-strands
Como mostrado na Figura 1B, foi obtida uma ampla gama de valores de Pβ ij para Trp (0,45-2,22), Thr (0,73-1,87), Lys (0,46-1,45) e Arg (0,51-1,42), dependendo do tipo de dobra. Para Lys, embora Pβ ij fosse <0,9 em 18 de 24 dobras (valor médio de Pβ ij = 0,79), três dobras (a dobra de lipocalinas, a dobra de OB, e a dobra de proteína kinase-like) renderam Pβ ij valores > 1,2, que tiveram as diferenças populacionais correspondentes a 90% do nível de confiança com o das outras dobras. Estas três dobras são “all-β” ou “α + β”, e todas têm largamente expostas as cordas β, enquanto que as cordas β são normalmente cobertas por α – regiões de laço ou de laço, especialmente nas proteínas “α/β” (Tabela 1). Há muito que se pensa que as cordas β preferem resíduos hidrofóbicos; no entanto, parece agora que as estruturas da folha β largamente expostas preferem resíduos hidrofílicos como o Lys. Em contraste, os quatro aminoácidos Val, Ile, Phe e Tyr são favorecidos (Pβ ij > 1.1) em β-tensões de mais de 80% das dobras, tendo Val (1.40-2.68) e Ile (1.17-2.33) propensões particularmente elevadas a este respeito. Os seis aminoácidos Pro, Ala, Asn, Asp, Glu e Gly são desaprovados (Pβ ij < 0,9) em cordões de mais de 80% das dobras, e Pro (0,16-0,71) e Asp (0,22-0,91) têm propensões bastante baixas.
As fracções de resíduos expostos foram observadas no intervalo de cerca de 10% a 46% para 24 dobras (Quadro 1) e Glu e Lys têm correlações fortes e positivas entre as propensões de aminoácidos e as fracções de resíduos expostos das cordas de β em cada dobra (RE = 0,76, RK = 0,73). Gln, Arg e Ile também têm correlações relativamente fortes, embora a correlação para Ile seja negativa (RQ = 0,67, RR = 0,5, RI = -0,68). Ao contrário da forte correlação positiva encontrada para Glu, não há correlação para o outro aminoácido carregado negativamente, Asp. A fracção de resíduos expostos parece ser um dos principais factores que regem a composição de dobras de aminoácidos carregados para as cordas β.
Para resíduos expostos numa corda β (Figura 2C), foi obtida uma ampla gama de valores de Pβexp ij para Ser (0,42-1,69), Lys (0,84-1,58) e Arg (0,68-1,85). Foi obtida uma vasta gama de valores de Pβbur ij para Cys (0,61-2,61), Phe (0,66-1,83), Tyr (0,64-1,92), Trp (0,31-1,77) e His (0,41-1,87) para resíduos enterrados num fio de β (Figura 2D). Pβexp ij valores de Val, Ile, Phe, Tyr, Trp e Thr são elevados (Pβexp ij > 1,1) para mais de 75% das dobras, indicando que estes aminoácidos, que têm uma cadeia lateral ramificada ou aromática de β, são favorecidos nas regiões expostas de cordas de β em todos os tipos de dobras. Em contraste, os aminoácidos que não são favorecidos em todas as dobras em β são Pro (0,22-0,87), Ala (0,28-0,70) e Gly (0,23-0,88) para as regiões expostas, e Pro (0,12-0,87) para as regiões enterradas. É interessante que os valores de Pβexp ij para todas as dobras para Ala são mais baixos por comparação (Pβexp ij < 0,7), indicando que um resíduo exposto num cordão β é uma posição extremamente desfavorável para Ala, bem como para Pro e Gly. Estas fortes tendências sustentam que a solvação da espinha dorsal é um factor importante que determina a termodinâmica β-propensities .
Correlações entre as propensões de aminoácidos e a dobra SCOP
Para investigar os factores que determinam a dependência da dobra da propensão de aminoácidos para as estruturas secundárias, foram calculados coeficientes de correlação utilizando as propensões de aminoácidos obtidas a partir de 39 dobras SCOP para α-helices (Figura 3A) e 24 dobras SCOP para as cordas β (Figura 3B). A figura 4, por exemplo, mostra as relações entre as propensões de Glu e Lys para α-helices e β-strands. Cada ponto de dados representa uma dobra na qual se encontram mais de 2.000 resíduos em cada uma das vertentes de α-helices e β-strands. Para as cordas β (Figura 4B), estas duas propensões de aminoácidos têm um coeficiente de correlação de 0,70, o que sugere que as dobras ricas em Glu são também provavelmente ricas em Lys. Em contraste, para α-helices (Figura 4A) não foi observada nenhuma correlação significativa. Para as cadeias β, as proteínas “β/β” (□ na Figura 4B) mostram baixas propensões para Glu e Lys, embora as lipocalinas e as dobras OB (ambas “all-β”, + na Figura 4B) mostrem propensões mais elevadas para Glu e Lys. Para as proteínas “α+β” (▵ na Figura 4B), não há correlação entre as propensões de Glu e de Lys. Os coeficientes de correlação para as proteínas “all-β” e “α/β” são de 0,83 e 0,86, respectivamente.
Coeficientes de correlação entre as propensões de aminoácidos. Coeficientes de correlação entre as propensões de aminoácidos para α-helices (A) e β-strands (B). Correlações negativas fortes (R < -0,7) são indicadas pelo azul escuro, e correlações positivas (R > 0,7) são indicadas pelo vermelho escuro. Correlações negativas comparativamente fortes (R < -0,5) são indicadas pelo azul claro e correlações positivas (R > 0,5) são indicadas pelo rosa.
Overall, há um maior número de correlações fortes (R < -0.7 ou R > 0.7) para as cordas β do que para α-helices (Figura 3). Por exemplo, quatro fortes correlações positivas e cinco fortes correlações negativas são observadas para as cordas β, mas existem apenas duas fortes correlações emparelhadas para α-helices (Ala e Gly, Tyr e Trp). A maioria das correlações positivas para as cordas β envolve aminoácidos emparelhados com caracteres físico-químicos semelhantes (mostrados ao longo da diagonal na Figura 3B), tais como Val e Ile, Tyr e Trp, Ser e Gln/Thr/Asn, Asn e Thr, e Glu e Lys/Arg. Em contraste, a maioria das correlações negativas para as cordas β envolvem pares de aminoácidos com diferentes caracteres físico-químicos, tais como Val e Tyr/Trp/Gln/Ser, Ile e Trp/Gln/Ser/Glu/Arg, Leu e Ser/Thr/Asn, Met e Asn, e Ala e Lys.
Interessantemente, o aminoácido aromático, Phe, mostra baixas correlações com Trp e Tyr, tanto para os modelos α-helices como para os modelos β, embora se observem fortes correlações positivas entre Trp e Tyr tanto para os modelos α-helices como para os modelos β-strands.
Correlações entre dobra SCOP e propensões para aminoácidos expostos ou enterrados
Calculamos também coeficientes de correlação para propensões de aminoácidos de resíduos expostos e enterrados para α-helices (Figura 5), β-strands (Figura 6) e outras conformações (Dados não mostrados). Embora as propensões de aminoácidos para α-helices tenham duas fortes correlações (Figura 3A), não existe uma forte correlação para resíduos expostos (Figura 5A) e enterrados (Figura 5B) para α-helices. A forte correlação positiva entre Trp e Tyr para todos os resíduos estava ausente para os resíduos expostos, mas foi observada uma fraca correlação positiva para os resíduos enterrados. Estes resultados indicam que uma dobra que favorece Trp no interior de uma hélice de α também favorece Tyr num interior de hélices de α. Mais uma vez, Phe não tinha correlação com Trp ou Tyr para resíduos expostos ou enterrados. As correlações positivas entre Ser, Asn e Thr, e as correlações negativas entre Ser/Thr e Glu, foram observadas apenas para resíduos expostos. Embora tenham sido observadas algumas novas correlações, estes valores eram relativamente baixos para α-helices. Para outras conformações, não foi observada uma forte correlação tanto para resíduos expostos como para resíduos enterrados.
coeficientes de correlação entre α-helix propensities para resíduos expostos e resíduos enterrados. Coeficientes de correlação entre α-helix propensities for exposed residues (A) and enterried residues (B). Correlações negativas fortes (R < -0,7) são indicadas pelo azul escuro, e correlações positivas (R > 0,7) são indicadas pelo vermelho escuro. Correlações negativas comparativamente fortes (R < -0,5) são indicadas por azul claro e correlações positivas (R > 0,5) são indicadas por rosa.
Coeficientes de correlação entre β-propensões da folha para resíduos expostos e resíduos enterrados. Coeficientes de correlação entre as propensões de folha de β para resíduos expostos (A) e resíduos enterrados (B). Correlações negativas fortes (R < -0,7) são indicadas por azul escuro, e correlações positivas (R > 0,7) são indicadas por vermelho escuro. Correlações negativas comparativamente fortes (R < -0,5) são indicadas por azul claro e correlações positivas (R > 0,5) são indicadas por rosa.
Correlação para aminoácidos enterrados em β-strand
Em contraste, para as cordas β-strand, a maioria das correlações mostradas na Figura 3B são correlações fortes para resíduos expostos (Figura 6A) e enterrados (Figura 6B). As fortes correlações negativas para Val/Ile e Tyr/Trp/Gln foram observadas para os resíduos enterrados mas não expostos. Por outras palavras, um tipo de dobra que prefere Val/Ile ou Ile não prefere Tyr, Trp ou Gln, especialmente para resíduos enterrados.
Inspeccionando visualmente os resíduos enterrados para β-terras no grupo de dobras SCOP de “concanavalin A-like lectins/glucanases” (concanavalin A), além dos resíduos enterrados de Tyr e Trp encontramos muitos aminoácidos polares tais como Gln, Ser ou Thr, e aminoácidos carregados tais como Glu, Lys ou Arg, envolvidos em ligações H uns com os outros para contrabalançar a polaridade no ambiente hidrofóbico. Para os resíduos enterrados, calculámos os coeficientes de correlação entre as frequências combinadas dos aminoácidos hidrofóbicos (Val, Ile e Leu) e alguns aminoácidos polares (Quadro 3 e Figura 7). Os coeficientes de correlação calculados a partir das frequências são os mesmos que os calculados a partir das propensões, pelo que é mais fácil compreender as ocorrências de aminoácidos. As frequências combinadas de Trp, Tyr e Gln que estão enterradas têm uma forte correlação (R = -0,87) com as dos aminoácidos hidrofóbicos (Val, Ile e Leu). A inclusão de Ser no grupo com Trp, Tyr e Gln aumentou o coeficiente de correlação para -0,93 (Figura 7). O facto de os coeficientes de correlação para Val/Ile/Leu e Tyr/Trp/Gln/Ser variarem de -0,19 a -0,75 indica uma sinergia na correlação das frequências combinadas para as cordas β que não existe para α-helices e outras conformações (Tabela 3). A sinergia entre estes grupos de aminoácidos sugere que os aminoácidos dentro do mesmo grupo podem ser trocados. Por exemplo, num tipo de dobra em que o Leu é preferido para resíduos enterrados, o Leu também será preferido para resíduos enterrados. Assim, em locais enterrados, os tipos de dobras com muitos resíduos alifáticos (Val, Ile e Leu) também contêm baixas quantidades de Tyr, Trp, Gln e Ser. A Figura 7 também mostra que as proteínas “all-β” tendem a ter um maior conteúdo de Tyr, Trp, Gln e Ser, enquanto que as proteínas “β/β” têm um maior conteúdo de aminoácidos alifáticos em locais enterrados. As seis maiores dobras para o conteúdo de Tyr, Trp, Gln e Ser em sítios enterrados em β-tendências são proteínas “all-β” e têm duas grandes folhas de β-preenchidas juntas (lipocalinas, concanavalina A, beta-propulsor de 6-lâminas (6-bb-propulsor), galactose-como domínio de ligação (Gbd), hélice dupla β-helix (DS β-helix), e dobras de beta-sanduíche tipo imunoglobulina (Ig)). Outras proteínas “all-β” que consistiam apenas de uma pequena folha β ou pequena estrutura de barril β têm um pequeno núcleo hidrofóbico. As ligações H entre as cadeias laterais enterradas podem ser necessárias para o alinhamento correcto de duas grandes folhas de β em particular.
Relação entre as frequências de resíduos enterrados. Relação entre as frequências de resíduos enterrados Val, Ile e Leu, f VIL , e resíduos enterrados Trp, Tyr, Gln e Ser, f WYQS , em β-strands. As classes SCOP são: Proteínas α/β (□), α + β proteínas (Δ) e proteínas all-β (+).
Correlação para aminoácidos expostos em β-strand
Negativas correlações para Ile/Leu e Ser/Thr/Asn foram observadas nos resíduos expostos (Figura 6A), embora as correlações para Ile e Thr/Asn não tenham sido observadas quando ambos os resíduos expostos e enterrados foram calculados em conjunto (Figura 3B). Foram também observadas correlações negativas para Glu e Ser/Asn e para Arg e Thr. Examinámos a correlação das frequências combinadas para estes aminoácidos expostos em β-strands, como se mostra no Quadro 4. Este resultado mostra que existem fortes correlações nas frequências de certos aminoácidos hidrofóbicos (Ile, Leu), aminoácidos carregados (Glu, Lys, Arg), e aminoácidos polares (Ser, Thr, Asn) nas regiões expostas das cordas de β. É interessante que as frequências de aminoácidos hidrófobos (Ile, Leu) e carregados (Glu, Lys, Arg) correlacionam-se negativamente com as dos aminoácidos polares (Ser, Thr, Asn). Uma característica comum para Ile, Leu, Glu, Lys e Arg é que têm cadeias laterais relativamente longas, incluindo mais de dois grupos de metileno hidrofóbico, enquanto que Ser, Thr e Asn têm cadeias laterais curtas.
Figure 8 mostra uma forte correlação entre os agrupamentos combinados de Ser, Thr e Asn com Ile, Leu, Glu, Lys e Arg (R = -0,90). Para as regiões expostas de β-strands, é evidente que em todas as proteínas “β/β” e todas as proteínas “α+β”, Ile, Leu, Glu, Lys e Arg são preferidas e que Ser, Thr e Asn não são favorecidas. Os tipos dobrados que preferem Ser, Thr ou Asn têm um teor relativamente baixo de Ile, Leu, Glu, Lys ou Arg, e são proteínas “all-β”. A figura 8 também mostra a distribuição generalizada das dobras das proteínas “all-β”. Para as duas dobras SCOP DS β-helix e OB-fold de proteínas “all-β”, os resíduos de Ile, Leu, Glu, Lys ou Arg são preferíveis nas regiões expostas das cordas β. Estes tipos de dobras têm torcidas e dobradas as cordas de β. Alguns átomos Cα nas cordas β estão posicionados no fundo do vale estreito e profundo formado pelas cordas torcidas e dobradas β (Figura 9D e E). Em tais posições, a cadeia lateral curta e polar de Ser, Thr ou Asn é incapaz de alcançar o solvente, pelo que os aminoácidos com cadeias laterais longas são favorecidos. O mesmo se aplica às proteínas “α/β” (Figura 9F e G). A folha β é coberta por α-helices e twists em proteínas “β/β”, deixando apenas espaços estreitos para os resíduos nas extremidades das cadeias de β para alcançar o solvente. Em contraste, os dois SCOP dobram concanavalina A e uma única corda direita β-helix (SS β-helix) têm um conteúdo notavelmente elevado de Ser, Thr e Asn nas regiões expostas das cordas β e têm largamente expostas e planas as folhas de β (Figura 9A, B e C). A Figura 9C mostra que Ser, Asn e Thr são dominantes na folha plana de β, e não estabelecem contacto significativo entre si. Estes resultados sugerem que a composição de aminoácidos nas regiões expostas das folhas de β-trands rege a formação de uma reviravolta nas folhas de β.
Relação entre as frequências dos resíduos expostos. Relação entre as frequências de resíduos expostos de Ile, Leu, Glu, Lys e Arg, f ILEKR , e resíduos expostos de Ser, Thr e Asn, f STN , in β-strands. As classes SCOP são: Proteínas Δ/β (□), α + β proteínas (Δ) e proteínas all-β (+).
Resíduos de aminoácidos em β-fios de três dobras. Resíduos de aminoácidos em β-fio de concanavalina A (A, B e C, PDB ID:1IOA), DS β-helix (D e E, PDB ID:1ODM), e TIM barril (F e G, PDB ID:1SFS). Os resíduos para α-helices são de cor magenta, e os para β-trands são de cor amarela. As cadeias laterais de resíduos em cordas de β são coloridas por tipo de átomo (azoto: azul, oxigénio: vermelho, carbono: cinzento) em C.
Wang et al. mostraram que as cordas isoladas de β nas simulações de dinâmica molecular não são torcidas, sugerindo que a estabilização da torção deve ser devida a interacções entre cordas. Outro estudo de simulação por computador descobriu que as interacções entre cordas por cadeias laterais induzem uma torção e que as cadeias laterais ramificadas em β são importantes para a formação da torção . Por outro lado, Koh et al. e Bosco et al. utilizaram análises estatísticas para mostrar que a estrutura da folha de β é principalmente determinada pela espinha dorsal, e que a contribuição das cadeias laterais é pequena. Isto indica que a torção é uma propriedade inerente de uma cadeia de polipeptídeos, o que implica que uma cadeia de β deve torcer independentemente da sua sequência de aminoácidos. No entanto, algumas dobras têm uma folha grande/plana β, tal como os grupos SCOP concanavalin A e SS β-helix. Os estudos anteriores visaram apenas a corda retorcida β e não se concentraram na folha plana β. Os nossos resultados sugerem que a composição de aminoácidos nas regiões expostas de β-strands pode estar relacionada com o torcer e dobrar do cordão, mostrando que as interacções em cadeia lateral são também um factor importante para o torcer do cordão β-strand. Uma explicação intuitiva é que as longas cadeias laterais de Leu, Ile, Lys, Arg e Glu nas regiões expostas se aproximam para formar o núcleo hidrofóbico, resultando na formação de uma torção e/ou curvatura em cordões de β. Em contraste, as cadeias laterais de Ser, Thr e Asn têm baixas hidrofobias e são curtas para que as interacções hidrófobas entre as cadeias laterais sejam fracas e produzam uma folha plana em β. Portanto, parece que a estirpe dentro de uma folha β é um dos principais factores que governam as propensões de dobras de aminoácidos para as folhas de β.
Os tipos de folhas de β e a propensão de aminoácidos
As dobras podem ser classificadas pelos seus tipos de folhas de β em três; paralelas, antiparalelas e mistas β folha. Para as classes de proteína “all-β” e “α + β”, as folhas β de todas as dobras utilizadas neste estudo são completamente antiparalelas β-folha, excepto para SS β-helix que tem folha de β completamente paralela. As dobras da classe de proteína “β/β” têm folhas de proteína completamente ou principalmente paralelas β. As folhas β das três dobras, “Flavodoxin-like”, “NAD(P)-binding Rossmann-fold domínios” e “TIM beta/alpha-barrel” são completamente paralelas, enquanto que “Periplasmic binding protein-like II” e “Thioredoxin fold” misturaram a folha β.
Para os resíduos expostos de “strands” β (Figura 8), as parcelas para as dobras da classe de proteínas “all-β” foram amplamente distribuídas, embora sejam geralmente completamente antiparalelas β-sheet, excepto para SS β-helix. Além disso, as dobras da classe de proteínas “β/β” têm composições de aminoácidos diferentes das do SS β-helix, embora tenham folhas paralelas de β-helix. A figura 7 mostra que as parcelas para as dobras da classe de proteínas “all-β” foram amplamente distribuídas e a parcela de SS β-helix está no centro do gráfico. As fracções de resíduos (fβbur VIL ) das três dobras que têm folhas de β completamente paralelas foram também amplamente distribuídas (51,4, 47,2 e 42,7%).
Estes resultados indicam que as correlações encontradas nas figuras 7 e 8 não podem ser explicadas pelos tipos de folhas de β. Consequentemente, pensamos que as propensões não dependem dos tipos de folhas de β.
Robustância do conjunto de dados
Verificámos a robustez dos nossos resultados utilizando o conjunto de dados de mais de 1.500 resíduos e menos de 2.000 resíduos, que não está incluído no conjunto de dados utilizado neste estudo; seis dobras para α-helix e oito dobras para as cordas de β. Para as cordas β, foram também observadas fortes correlações para resíduos enterrados (RWYQS-VIL = -0,81) e para resíduos expostos (RILEKR-STN = -0,78). Não há correlações fortes para resíduos enterrados (RWYQS-VIL = -0,64) e para resíduos expostos (RILEKR-STN = -0,48) em α-helices. Estes resultados são os mesmos que os obtidos para o conjunto de dados contendo mais de 2.000 resíduos. Portanto, os resultados aqui apresentados parecem ser independentes da selecção do conjunto de dados.
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