Der Ramachandran-Plot und die Strukturqualität
Die höhere Auflösung der Röntgendaten ergibt in der Regel eine bessere Qualität der dreidimensionalen Struktur. Aus den Plots ist leicht zu erkennen, dass einige Regionen viel mehr Punkte enthalten als andere. Diese werden als erlaubte Regionen bezeichnet, und die entsprechenden Winkel werden als erlaubte oder günstige Winkel bezeichnet (rote und braune Regionen). Andere Regionen sind weniger günstig und werden in Strukturen guter Qualität nur wenig besiedelt (gelbe Farbe). Dies ist eine Folge der sterischen Hinderung – bestimmte Drehungen um die Polypeptidkette bringen die Atome zu nahe aneinander, was eine sterische Abstoßung bewirkt. Aus diesem Grund dient der Ramachandran-Plot als wichtiger Indikator für die Qualität dreidimensionaler Strukturen – bei einer qualitativ guten Struktur wird erwartet, dass alle Torsionswinkel innerhalb der zulässigen Bereiche des Plots liegen (Bild rechts).
Es kann jedoch vorkommen, dass wir Aminosäuren mit „falschen“ Torsionswinkeln aus einem guten Grund finden – die Belastung (hohe Energie), die in einer Struktur durch einige Reste in ungünstigen Winkeln erzeugt wird, kann vom Protein für bestimmte Zwecke genutzt werden und kann eine funktionelle Bedeutung haben (Pal und Chakrabarti, 2002). Eine weitere Ausnahme vom Prinzip der Clusterbildung um die α- und β-Regionen bildet das Glycin. Gly hat keine Seitenkette, was eine hohe Flexibilität in der Polypeptidkette ermöglicht, wodurch ansonsten verbotene Drehwinkel zugänglich werden. Aus diesem Grund findet man Glycin häufig in Schleifenregionen, in denen die Polypeptidkette eine scharfe Kurve machen muss. Wie bereits erwähnt, fixiert Prolin im Gegensatz zu Glycin die Torsionswinkel auf einen bestimmten Wert, der dem eines verlängerten β-Strangs sehr nahe kommt.
Theoretisch liegen die durchschnittlichen phi- und psi-Werte für α-Helices und β-Sheets bei -57, -47 bzw. -80, +150. Für reale experimentelle Strukturen wurden jedoch andere Werte ermittelt. In einer Arbeit von Hovmöller et al., 2002, download pdf, wird die Feinstruktur der φ- und ψ-Winkelverteilung im Ramachandran-Plot detailliert diskutiert (wenn Sie auf der Seite nach dem Login gefragt werden, brechen Sie einfach ab, und es wird trotzdem funktionieren).