Étude des contraintes intramoléculaires qui font intervenir les électrons π d’une fonction amide. Influence de ce type d’interaction sur la conformation des peptides et des protéines

¹ Laboratoire de Chimie-Physique Macromoléculaire CNRS, ERA n° 23, ENSIC, 1, rue Grandville, 54042 Nancy Cedex, France.
² Institut de Biologie Physiso-Chimique, 11 ,rue Pierre-et-Marie-Curie, 75005 Paris., France.

Résumé

Par spectrométrie infrarouge, on a étudié les conformations prises, dans un milieu inerte, comme le tétrachlorure de carbone, par des molécules modèles dérivées d’a-iminoacides et de formule générale

R₁ – CONR"₂ – CR₂R'₂ — CONHR₃.

En plus du conformère C₇, on a identifié un second état stable qui est favorisé par une contrainte attractive s’exerçant entre le site >n — H et les électrons π de la fonction amide tertiaire.

Cette dernière interaction ne se manifeste généralement pas dans le cas des espèces homologues obtenues à partir des a-aminoacides (R"₂ = H), lesquelles adoptent les conformations usuellement désignées C₅ et C₇. Elle apparaît toutefois lorsque l’on examine les dérivés de l’acide pyroglutamique dont l’une des fonctions amide est incluse dans un hétérocyde pentagonal. Dans ce cas particulier, une analyse théorique, conduite par la méthode P.C.I.L.O. aboutit, en accord avec les observations spectroscopiques, à la conclusion que la conformation la plus stable est la disposition Rexo décrite par la suite d’angles rotationnels Ф # 107°, ψ # — 30°, χ # 20°. Le calcul révèle en outre l’existence d’un second état favorisé Eendo (Ф # 133°. ψ # 150°, X₁ # — 20°) qui correspond à la structure identifiée par les produit cristallisé. rayons X dans le Lorsqu’elle intervient seule dans un résidu peptidique de configuration L, la contrainte — H---π tend à préférencier une disposition locale P_L (Ф # — 90°, ψ # 0°) et Peut ainsi ajouter sa contribution à celle de la liaison hydrogène H4 - - - O1 pour stabiliser la conformation C10 qui provoque le repliement ß

La proportion relativement élevée de résidus peptidiques qui adoptent la disposition P_L dans des protéines dont la Nst–ruct uHre est connue, semble indiquer que l’interaction >N — H - - - π est un élément stabilisateur important la conformation de ces macromolécules d’origine naturelle.

Abstract

Infracted spectroscopy (3 200-3 500 cm^-1) has been used to investigate the conformational states taken in diluted CCl₄ solutions by several model molecules containing an α-imino-acid residue.

R₁ — CONR"₂ - CR₂R'₂ — CONHR₃ Beside the common C, structure, a second conformer has been identified, which is stabilized by a > N — H - - - π intramolecular interaction between the >N — H proton donor site and the p electrons of the tertiary amide linkage. Such an interaction is not usually observed in the homologous a-amino-acid derivatives (R"₂ = H) which only accommodate the C₅ and C₇ conformations, excepting a few particular peptides deriving from pyroglutamic acid for example.

In this last case, a theoretical analysis carried out by the P.C.I.L.O. method has shown, in close agreement with the experimental results, that the investigated species [math] can assume two conformations i.e the R_exo (Ф ≈ 107°, ψ ≈ —30°, χ₁ ≈ 20°) and the E_endo (Ф ≈ 133°, ψ ≈ 150°, χ₁ ≈ — 20°) forms. The former has been experimentally evidenced in solution by infrared spectroscopy and the latter, in the solid state, by use of the X-ray diffraction technique. In a L peptide sequence, the >N — H p interaction results in a preferential PL state (Ф ≈ — 90°, ψ ≈ 0°) close to the conformation of the C-terminal residue in a ß-bend and can cooperate with the >N₄ — H₄ — O⁴ hydrogen bond to stabilize such a folding. A large number of amino-acid residues seem to be in the PL state in crystalline native proteins. This points out that N —H — p interactions might contribute to the stabilization of the secondary and tertiary structures of these macromolecules.