مخطط راماشاندران

في الكيمياء الحيوية ، يُعد مخطط راماشاندران (المعروف أيضًا باسم مخطط راما أو مخطط راماشاندران أو مخطط [φ,ψ] )، الذي طُوِّر في الأصل عام 1963 على يد جي إن راماشاندران ، وسي راماكريشنان، وفي ساسيسيكاران ، ^{[ 1 ]} وسيلةً لتصوّر المناطق المسموح بها طاقيًا لزوايا ثنائي السطوح في العمود الفقري (وتُسمى أيضًا زوايا الالتواء، وزوايا فاي وبسي) φ مقابل ψ لبقايا الأحماض الأمينية في بنية البروتين . يوضح الشكل على اليسار تعريف زوايا ثنائي السطوح φ وψ في العمود الفقري ^{[ 2 ]} (والتي أطلق عليها راماشاندران اسمي φ وφ'). عادةً ما تكون زاوية ω عند الرابطة الببتيدية 180 درجة، لأن خاصية الرابطة الثنائية الجزئية تُبقي الرابطة الببتيدية مستوية. ^{[ 3 ]} يوضح الشكل في أعلى اليمين مناطق التشكيل المسموح بها للهيكل الأساسي φ،ψ من حسابات راماشاندران وآخرون لعامي 1963 و1968 باستخدام نموذج الكرة الصلبة: نصف القطر الكامل بخط متصل، ونصف القطر المخفّض بخط متقطع، وزاوية تاو (N-Cα-C) المسترخية بخطوط منقطة. ^{[ 4 ]} نظرًا لأن قيم الزاوية ثنائية السطوح دائرية، و0° تساوي 360°، فإن حواف مخطط راماشاندران "تلتف" من اليمين إلى اليسار ومن الأسفل إلى الأعلى. على سبيل المثال، الشريط الصغير من القيم المسموح بها على طول الحافة السفلية اليسرى للمخطط هو امتداد لمنطقة السلسلة الممتدة الكبيرة في أعلى اليسار.

يمكن استخدام مخطط راماشاندران بطريقتين مختلفتين نوعًا ما. الأولى هي توضيح القيم أو التكوينات النظرية الممكنة لزاويتي ψ و φ لبقايا حمض أميني في بروتين (كما في أعلى اليمين). أما الثانية، فهي توضيح التوزيع التجريبي لنقاط البيانات الملاحظة في بنية واحدة (كما في اليمين هنا) عند استخدامها للتحقق من صحة البنية ، أو في قاعدة بيانات تضم العديد من البنى (كما في المخططات الثلاثة السفلية على اليسار). يُستخدم هذا المخطط للتنبؤ بتفاعل الدواء مع الربيطة، وهو مفيد في الصناعات الدوائية. في كلتا الحالتين، يُعرض المخطط عادةً على خلفية حدود المناطق المفضلة نظريًا.

قد يتوقع المرء أن تؤدي السلاسل الجانبية الأكبر إلى مزيد من القيود، وبالتالي منطقة مسموحة أصغر في مخطط راماشاندران، لكن تأثير السلاسل الجانبية ضئيل. ^{[ 5 ]} عمليًا، يتمثل التأثير الرئيسي في وجود أو غياب مجموعة الميثيلين عند ذرة الكربون بيتا (Cβ). ^{[ 5 ]} يحتوي الجليسين على ذرة هيدروجين واحدة فقط في سلسلته الجانبية ، بنصف قطر فان دير فالس أصغر بكثير من مجموعات CH3 _أو CH2 _أو CH التي تبدأ السلسلة الجانبية لجميع الأحماض الأمينية الأخرى. لذا فهو الأقل تقييدًا، ويتضح ذلك في مخطط راماشاندران للجليسين (انظر مخطط الجليسين في المعرض ) حيث تكون المنطقة المسموحة أكبر بكثير. في المقابل، يُظهر مخطط راماشاندران للبرولين ، بسلسلته الجانبية ذات الحلقة الخماسية التي تربط ذرة الكربون ألفا (Cα) بذرة النيتروجين في العمود الفقري، عددًا محدودًا من التراكيب الممكنة لـ ψ و φ (انظر مخطط البرولين في المعرض ). كما أن البقايا التي تسبق البرولين ("ما قبل البرولين") لها تركيبات محدودة مقارنة بالحالة العامة.

تم حساب أول مخطط راماشاندران بعد فترة وجيزة من تحديد أول بنية بروتينية بدقة ذرية ( الميوغلوبين ، عام 1960 ^{[ 6 ]} )، على الرغم من أن الاستنتاجات استندت إلى علم البلورات الجزيئية الصغيرة للببتيدات القصيرة. واليوم، وبعد مرور عقود عديدة، يوجد عشرات الآلاف من البنى البروتينية عالية الدقة التي تم تحديدها بواسطة علم البلورات بالأشعة السينية والمودعة في بنك بيانات البروتين (PDB) . استفادت العديد من الدراسات من هذه البيانات لإنتاج مخططات φ وψ أكثر تفصيلاً ودقة (على سبيل المثال، Morris et al. 1992؛ ^{[ 7 ]} Kleywegt & Jones 1996؛ ^{[ 8 ]} Hooft et al. 1997؛ ^{[ 9 ]} Hovmöller et al. 2002؛ ^{[ 10 ]} Lovell et al. 2003؛ ^{[ 11 ]} Anderson et al. 2005. ^{[ 12 ]} Ting et al. 2010 ^{[ 13 ]} ).

تُظهر الأشكال الأربعة أدناه نقاط البيانات من مجموعة كبيرة من الهياكل عالية الدقة، بالإضافة إلى الخطوط الكنتورية للمناطق التكوينية المفضلة والمسموح بها في الحالة العامة (جميع الأحماض الأمينية باستثناء الجليسين والبرولين والبرولين الأولي)، وللجليسين، وللبرولين. ^{[ 11 ]} وقد تم تمييز المناطق الأكثر شيوعًا كما يلي: α للحلزون α ، وLα للحلزون الأيسر، وβ للصفائح β ، وppII للبرولين المتعدد II. ويُوصَف هذا التجميع أيضًا في نظام ABEGO، حيث يرمز كل حرف إلى حلزون α (و3 ₁₀ )، وصفائح β اليمنى (والهياكل الممتدة)، والحلزونات اليسرى، والصفائح اليسرى، وأخيرًا روابط الببتيد cis غير القابلة للرسم والتي تُرى أحيانًا مع البرولين؛ وقد استُخدم هذا النظام في تصنيف الأنماط ^{[ 14 ]} ، ومؤخرًا في تصميم البروتينات. ^{[ 15 ]}

في حين أن مخطط راماشاندران كان بمثابة مورد كتابي لشرح السلوك الهيكلي لرابطة الببتيد، إلا أن الاستكشاف الشامل لكيفية تصرف الببتيد في كل منطقة من مناطق مخطط راماشاندران لم يُنشر إلا مؤخرًا (مانيج 2017 ^{[ 16 ]} ).

احتفلت وحدة الفيزياء الحيوية الجزيئية في المعهد الهندي للعلوم بمرور 50 عامًا على خريطة راماشاندران ^{[ 17 ]} من خلال تنظيم المؤتمر الدولي حول الأشكال والوظائف الجزيئية الحيوية في الفترة من 8 إلى 11 يناير 2013. ^{[ 18 ]}

يمكن أيضًا رسم الزوايا ثنائية السطوح في السكريات المتعددة (على سبيل المثال باستخدام CARP، مؤرشف في 2019-05-05 على Wayback Machine ). ^{[ 19 ]}

• 
  مخطط راماشاندران للحالة العامة؛ البيانات من لوفيل 2003
• 
  مخطط راماشاندران للجليسين
• 
  مخطط راماشاندران لشركة برولاين
• 
  مخطط راماشاندران لما قبل البرولين

• أداة تحليل هيكلي عبر الإنترنت لأي ملف PDB مرفوع، تُنتج مخططات راماشاندران، وتحسب الزوايا ثنائية السطوح، وتستخرج التسلسل من ملف PDB. مؤرشفة بتاريخ 5 مارس 2016 على موقع Wayback Machine.
• أداة عبر الإنترنت تعرض مخطط راماشاندران لأي مدخل في قاعدة بيانات البروتينات (PDB).
• خدمة MolProbity على الويب التي تُنتج مخططات راماشاندران وغيرها من عمليات التحقق من صحة أي ملف بتنسيق PDB
• يستخدم برنامج SAVES (تحليل الهيكل والتحقق منه) كلاً من WHATCHECK وPROCHECK، ويقوم برسم مخطط راماشاندران داخلي خاص به.
• لسعة
• برنامج Pymol مع إضافة DynoPlot
• برنامج VMD ، موزع مع إضافة رسم بياني ديناميكي لراماشاندران
• WHAT CHECK ، إجراءات التحقق المستقلة من برنامج WHAT IF
• يوجد نموذج UCSF Chimera ضمن لوحة النماذج.
• سيريوس
• تمت أرشفة برنامج Swiss PDB Viewer بتاريخ 18 يناير 2019 على موقع Wayback Machine .
• تالوس
• برنامج عرض الجزيئات Zeus - موجود ضمن قائمة "الأدوات"، يعرض رسومات بيانية عالية الجودة مع خطوط كفاف إقليمية
• برو تشيك
• توزيعات راماشاندران الاحتمالية المعتمدة على الجوار والمستقلة عن الجوار ^{[ 13 ]}
• انظر أيضًا إلى PDB للاطلاع على قائمة بالبرامج المماثلة.

• ريتشاردسون، جيه إس (1981). "تشريح وتصنيف بنية البروتين". تشريح وتصنيف بنى البروتين . التقدم في كيمياء البروتين. المجلد  34. الصفحات 167-339 . doi : 10.1016/S0065-3233(08)60520-3 . ISBN  978-0-12-034234-1PMID 7020376​​ متوفر عبر الإنترنت على موقع Anatax
• براندن، سي.-آي.؛ توز، ج. (1991)، مقدمة في بنية البروتين ، دار غارلاند للنشر، نيويورك، رقم ISBN 0-8153-0344-0

• آريا، أ. (2026)، بيرسون للكيمياء الحيوية: منهج مفاهيمي ، بيرسون إنترناشونال، إنديانا، رقم ISBN 978-9-37-136081-4

• مخطط DynoPlot في ويكي PyMOL
• رابط لخريطة راماشاندران لمواقع الحلزون ألفا والصفيحة بيتا. مؤرشفة بتاريخ 11 أكتوبر 2006 على موقع Wayback Machine.
• رابط إلى مخطط راماشاندران المحسوب من هياكل البروتين المحددة بواسطة علم البلورات بالأشعة السينية مقارنة بمخطط راماشاندران الأصلي.
• مخطط راماشاندران في بروتيوبيديا