It has been commonly accepted that the occurrence of cis amide bonds in proteins is quite rare due to the unfavorable contacts between adjacent amino acid residues in cis isomeric form, but the occurrence of cis imide bonds in proteins is relatively high because the trans isomeric form is unstable by steric clash between δ-carbon of proline and β-carbon of the residue preceding proline.
To examine the relationship between this occurrence of cis imide bonds and the residue preceding proline, we perform molecular dynamics simulations for a series of trans-and cis-N-acethyl-N'-methylamides of Xaa-Pro dipeptides. We investigate the conformational energies and structures of trans-and cis-blocked dipeptides for each amino acid, in both vacuum and solutions state.
It is found that the occurrence of cis imide bonds is strongly affected by the residue preceding proline and the dihedral angles (φ,ψ) of backbone in Ac-Xaa-Pro-NHMe are influenced by the configuration of imide bond. We also find that the equilibrium properties of Xaa-Pro in solution state are more similar to X-ray crystallographic data analysis than those in vacuum.
proline은 고리 구조의 고정성에 의 한 독특한 성질때문에 단백질의 3차적인 구조나 그의 구조화 과정에 있어 매우 중요한 역할을 하는 것으로 여겨져 왔다. 본 연구에서는 이러한 proline의 역할과 함께 proline의 앞쪽에 존재하는 아미노산에 따른 이미드 본드의 cis 형태로의 존재 정도를 파악하기위해 cis와 trans의 N-아세틸-N-메틸아마이드 Xaa-Pro 에 대한 분자 동역학적 시뮬레이션을 진행하였다.
계산 결과로부터 proline과 그 앞쪽에 존재하는 아미노산은 β영역을 훨씬 더 선호하며, proline의 앞쪽에 존재하는 아미노산의 분자적 성질에 의해 cis 와 trans 두 이성질체 사이의 에너지 차이는 현저히 달라 지며 이로 인해 cis 이성질체로의 존재 정도가 변화되어짐을 알게되었다.
용매 효과를 살펴보기 위해, 용질(target system)의 수화 이전과 이후의 통계 역학적 성질을 비교해 본 결과, 수화된 용매의 성질이 실험적으로 얻어진 자료에 더 근접되는 것을 알게되었다. 또한 pyrolidine 고리의 구조는 수화에 의해 D(down)으로부터 U(up)으로 변화됨을 알게되었다.
이상의 결과를 실험적인 이전 자료와 비교해 봄으로써 이와 같이 간단한 양끝이 막혀있는 두 아미노산으로 되어있는 system의 경우 분자 동역학에 의한 에너지와 구조에 대한 매우 효율적이며 타당한 결과, 제공하게 됨을 알게 되었다.
