過去十五年の間に、我々はいくつかの方法でタンパク質の構造の問題を攻撃 これらの方法の一つは、アミノ酸、ペプチド、およびタンパク質に関連する他の単純な物質の結晶構造の完全かつ正確な決定であり、原子間距離、結合角、および他のコンフィギュレーションパラメータに関する情報が得られ、ポリペプチド鎖の合理的なコンフィギュレーションの信頼性の高い予測を可能にする。 我々は今、ポリペプチド鎖のための二つの合理的な水素結合ヘリカル配置を構築するために、この情報を使用しています; これらの配置は、繊維および球状タンパク質および合成ポリペプチドの両方の構造の重要な部分を構成する可能性が高いと考えられる。 彼らの発見を発表した手紙は昨年出版されました。1
私たち自身が設定した問題は、残基が同等である単一のポリペプチド鎖のすべての水素結合構造を見つけることです（側鎖Rの違いを除いて）。 アミノ酸残基（グリシン以外）は対称性の要素を持たない。 従って、一本鎖の１つの残基の第１の残基に相当する第２の残基への変換の一般的な操作は、軸に沿った並進を伴う軸の周りの回転である。 したがって、残基の等価性の仮定と互換性のある鎖のための唯一の配置は、螺旋配置である。 回転角180°の場合、螺旋状の配置は、すべての主原子、C、C’（カルボニル炭素）、N、およびOを同じ平面内に持つ単純な鎖に縮退することができる。
炭素-酸素位置と炭素-窒素位置の間の二重結合の共鳴のために、各残基の配置
は平面であると仮定します。 この構造的特徴を研究したアミドのそれぞれについて検証した。 さらに、共鳴理論は今非常によく接地されており、その実験的実証は非常に広範であり、アミド基への応用については何も疑いがない。 観測されたC—N距離は、1。32Åは、ほぼ50パーセントの二重結合特性に対応し、平面配置から10°ほどの回転が約1kcalの不安定性をもたらすと結論づけることができる。 モグラ-1 残基内の原子間距離と結合角は、図1に示す値を有すると仮定される。 これらの値は、研究室で行われているdl-アラニン、3l-スレオニン、4N-アセチルグリシン5、β-グリシルグリシン6の結晶構造研究で見つかった実験値を考慮してformula_2されている。 さらに、各窒素原子は別の残基の酸素原子と水素結合を形成し、窒素-酸素距離は2.72Åであり、窒素原子から水素結合酸素原子までのベクトルはN-H方向から30°以下であると仮定される。 N—H···
水素結合のエネルギーは8kcal程度です。 モル−1、およびそのような大きな不安定性は、我々は彼らの存在を確信することができるこれらの結合を形成するために失敗に起因するであろう。 N-H***O距離は正確に2であるとは期待できません。72Å、しかしこの価値から幾分逸脱するかもしれません。
ポリペプチド鎖の寸法。この問題の解は、N—H方向に対する水素結合の方向以外の条件を満たす鎖には五つの配位しかないことを示している。 これらは値に対応します165°, 120°, 108°, 97.2° そして回転角度のための70.1°。 これらの構造の第一、第三、および第五において、
グループは、ペプチド鎖中の原子の配列—CHR—CO—NH—CHR—に対応する方向として取られ、他の二つの方向は逆である。 構造の最初の三つは、N—H基が2.72Åで酸素原子の方向に伸びないという点で、不十分である; 第四および第五は満足のいくものであり、N—HベクトルとN—Oベクトルの間の角度は、これら二つの構造に対してそれぞれ約10°および25°である。 第四の構造は、ヘリックス内のターンあたり3.69アミノ酸残基を有し、第五の構造はターンあたり5.13残基を有する。 第四の構造では、各アミド基はヘリックスに沿ってそれを超えて第三のアミド基に水素結合しており、第五の構造ではそれぞれがそれを超えて第五のアミド基に結合しており、これらの構造を3.7残基構造と5残基構造のいずれかと呼ぶ。1残基構造は、それぞれ、第三アミド水素結合構造および第五アミド水素結合構造または第三アミド水素結合構造である。
二つの構造の図面は、図2、3、4、および5に示されています。
ターンごとに3.7残基を持つ螺旋。
ターンごとに5.1残基を持つ螺旋。
3.7残基ヘリックスの計画。
5.1残基ヘリックスの計画。
グリシンの場合、3.7残基のヘリックスと5の両方。1-残基ヘリックスは、正または負の回転翻訳のいずれかで発生する可能性があります;すなわち、正または負のヘリックスのいずれかとして、ペプチドチェイン内の原子の配列によって与えられるらせん軸の正の方向に相対的です。 しかし，ｌ配置を持つ他のアミノ酸では，正ヘリックスと負ヘリックスは側鎖の位置が異なり，それぞれの場合においてヘリックスの一つの感覚が他のものよりも安定であることが予想される。 R群の任意の割り当てが図中で行われている。
3.7残基のらせん軸に沿った平行移動は1.47Åであり、5.1残基のらせん軸の平行移動は0.99Åである。 一つの完全なターンの値は、それぞれ5.44Åと5.03Åである。 これらの値は水素結合距離2.72Åに対して計算され、より大きな水素結合距離（2.80Åなど）が存在する場合には、数パーセント増加する必要がある。
非結晶相における螺旋構造の安定性は、隣接する残基間の相互作用のみに依存し、ターンあたりの残基の数が小さな整数の比であることを必要とし 第三アミド水素結合ヘリックスの値3.69残基は、サーティーンターンの48残基（ターンあたり3.693残基）で最も密接に近似され、他のヘリックスの値5.13は、最も密接に41残基で近似されている。 ターン当たりの残基数は水素結合距離の変化によって幾分影響されること，また，ヘリカル分子と結晶中の隣接する類似分子との相互作用は，ヘリカル中に小さなトルクを引き起こし，ターン当たりの有理数の残基を有する配置にわずかに変形することが予想される。 第三アミド水素結合ヘリックスの場合、我々が予測するこの種の最も単純な構造は、11残基、3ターンヘリックス（ターンあたり3.67残基）、15残基、4ターンヘリックス（3.75）、および18残基、5ターンヘリックス（3.60）である。 我々は、このらせんのこれらのわずかな変異体の第一および第三は、結晶ポリペプチドに存在することを示すいくつかの証拠を発見しました。
これらのらせん構造は、以前には記載されていない。 このポリペプチド鎖の構成は、Astbury and Bell,7、特にHuggins8、Bragg,Kendrew,And Perutzによって提案されている。9Hugginsは分子内水素結合を含むいくつかの構造を議論し、Bragg、Kendrew、Perutzは追加の構造を含むように議論を拡張し、ヘモグロビンとミオグロビンのx線回折データとの構造の適合性を調べた。 これらの著者のいずれも、私たちの3.7残基ヘリックスまたは私たちの5.1残基ヘリックスのいずれかを提案していません。 一方、私たちは、私たちの基本的な仮定によって、それらによって提案されたすべての構造を排除するでしょう。 他の研究者と私たちが本質的に同様の議論を通じて得た結果の違いの理由は、Braggと彼の共同研究者とHugginsの両方がターンあたりの残基の整数数を持つヘリカル構造のみを詳細に議論し、さらに、より単純な物質の調査によって与えられるように、共役アミド基の原子間距離、結合角、および平面性に関する要件に大まかな近似のみを仮定したことである。 これらの立体化学的特徴は，蛋白質中のポリペプチド鎖の安定な配置に非常に密接に保持されなければならず，ヘリカル分子中のターン当たりの残基の整数数に関連する特別な安定性はないと主張した。 Bragg、Kendrew、Perutzは、3.7残基のヘリックスにトポロジー的に類似した構造を、ターンごとに4残基を持つ水素結合ヘリックスとして記述している。 ヘモグロビンとミオグロビンのパターソン予測とのモデルの徹底的な比較では、この構造を排除し、カルボニル基とアミノ基の三分の一だけが分子内水素結合形成に関与しているAstburyとBellの非ヘリカル3残基折り畳まれたα-ケラチン配置を支持するという慎重な結論を導いた。
α-ケラチン、α-ミオシン、および同様の線維性タンパク質の構造は、私たちの3つによって密接に表されていると私たちの意見です。7残基のらせん、およびこのらせんはまたヘモグロビン、ミオグロビンおよび他の球状蛋白質の、また総合的なポリペプチドの重要な構造特徴を構成 我々は、5.1残基のヘリックスは、超収縮ケラチンと超収縮ミオシンによって自然界で表される可能性があると考えています。 これらの結論に私たちを導く証拠は、後の論文で提示されます。私たちの仕事は、ロックフェラー財団、小児麻痺のための国立財団、および米国公衆衛生サービスからの助成金によって支援されています。
私たちの仕事 多くの計算はS.Weinbaum博士によって行われました。
概要
ポリペプチド鎖の二つの水素結合ヘリカル構造が発見されており、残基は立体化学的に同等であり、原子間距離と結合角はアミノ酸、ペプチッド、およびタンパク質に関連する他の単純な物質に見られる値を有し、共役アミド系は平面である。 一つの構造では、ターンあたり3.7残基で、それぞれのカルボニル基とイミノ基は、ポリペプチド鎖内のそれから除去された第三のアミド基の相補的な基に水素結合によって結合され、他の構造では5である。ターンごとに1残基が、それぞれ第五のアミド基に結合している。
脚注
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contribution contribution No.1538.
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