生物系统中芳香-芳香相互作用:结构活性关系

Rajagopal Appavu^1＊迪帕·莫汉¹和Govindaraju Munisamy²

印度科学院分子生物物理部，班加罗尔，卡纳塔克邦，印度

印度泰米尔纳德邦蒂鲁奇拉帕利，巴拉蒂达桑大学环境科学学院环境生物技术系生物空间技术研究室

^＊通讯作者:: Rajagopal Appavu
分子生物物理组
班加罗尔印度科学研究所
卡纳塔克邦,印度
电话:4092569987
电子邮件: (电子邮件保护)

收到日期:29/01/2016接受日期:22/02/2016发布日期: 26/02/2016

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摘要

虽然分子内氢键在肽构象的研究中引起了最大的关注，但人们越来越认识到，其他几种弱极性相互作用可能是折叠结构的重要决定因素。Burley和Petsko提供了弱极性相互作用在形成蛋白质结构中的重要性的全面概述。芳香环之间的相互作用在空间上是近似的，引起了人们的特别关注。通过对蛋白质中近端芳香残基对的调查，Burley和Petsko提出，“苯环质心以4.5到7之间的优先距离分开Å，大约90°的二面角是最常见的”。

关键字

芳香-芳香相互作用，生物系统，蛋白质/肽折叠，分子内。

蛋白质/肽折叠中的芳香-芳香相互作用

两个芳香环之间的相互作用可以建模为两个四极之间的相互作用，导致蛋白质(Phe, Tyr和Trp)中芳香残基簇的取向具有明显的距离和角度依赖性[1]。苯丙氨酸(Phenylalanine, Phe)由于其侧链中没有潜在的氢键位点，为芳香相互作用的研究提供了一个很好的模型残基。文献中的大量研究都集中在“色氨酸拉链”(Trpzip)序列上，其中β-发夹的稳定性受到一簇芳香相互作用的影响[2-8]。在目前的研究中，重点是检查苯丙氨酸环之间的相互作用，这些环是由β-发夹支架的约束带入邻近的。这个实验室早期的研究[4，9]和Gellman实验室[10]，参考文献[4-8]建立了设计β-发夹结构的原理，使用DPro-Xxx片段作为折叠成核剂。该实验室的研究提供了多达32个独立发夹分子的晶体学表征。如图1在八肽发夹的2号和7号位置放置Phe残基，使一对Phe侧链靠近(图1)．因此，该模板可用于通过核磁共振方法检查溶液中两个近端苯丙氨酸侧链的取向偏好。所描述的研究解决了这个问题[4-8]。

图1:(A)具有II型β-旋的肽发夹(17个残基肽的-L-F-V-DP-G-L-F-V-OMe片段)示例，显示在非氢键位置的苯基环与Phe残基相互作用。(B)八肽发夹的示意图，显示芳香相互作用的可能模式。当合成肽发夹中的芳香残基位于链的非氢键位置(方格)时，它们之间的相互作用最强。

芳香环之间的相互作用在计算化学领域引起了极大的兴趣，相当多的注意力集中在苯二聚物的简单模型系统上[4-8，11]。以苯二聚体为模型，估计了稳定芳香-芳香相互作用的能量学，估计范围为-0.6至1.4 Kcal/mol。对相互作用的苯环对的几个能量有利的几何形状显示在图2．

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图2:苯二聚体中芳香族相互作用的可能模型芳香族对以固定质心距5.5计算Å。

在交叉链相互作用中涉及到Phe残基的情况下，两个苯环接近的几何形状必然受到高度限制。本文综述了在多肽晶体结构中观察到的相互作用几何形状。分子内芳香族-芳香族相互作用在肽晶体中已经被广泛研究，在含有多个苯丙氨酸残基的螺旋肽的情况下，如在图3．在这些情况下，Phe侧链接近的几何形状受到的约束要小得多[4-8，12]。

图3:肽bc - val - ala - phe - aib - val - ala - phe - aib - val - ala - phe - aib - val - ala - phe - aib - ome晶体中的Phe-Phe相互作用。