蛋白质环、孤子及侧链可视化及其在左手螺旋区域的应用

折叠蛋白质具有模块化组装结构，由$\alpha$-螺旋和$\beta$-折叠等规则二级结构通过环连接而成。在此，我们开发了一种适用于描述这种模块化结构的可视化技术。作为广泛使用的基于环面几何的 Ramachandran 图的补充，我们的方法利用了二维球面的几何特性。与传统仅描述给定肽单元的方法不同，我们的方法能够描述包括相邻肽单元在内的整个骨架构象环境。它将每个原子的位置精确映射到二维球面上，映射方式如同观察者位于中心 C-$\alpha$原子位置所见的景象。在侧链原子的每一层级，我们都观察到原子定位与底层局部二级结构之间存在强相关性，且在不同氨基酸间几乎没有变化。作为具体实例，我们分析了非甘氨酸氨基酸的左手螺旋区域。该区域对应于二维球面上沿 C-$\beta$碳方向的一个孤立且高度局域化的残基无关扇区。我们表明，这种残基无关的局域化延伸至 C-$\gamma$和 C-$\delta$碳，以及在天冬酰胺和天冬氨酸情况下的侧链氧和氮原子。当我们将分析扩展至相邻残基的侧链原子时，观察到左手$\beta$-转角呈现出规则的、很大程度上与氨基酸无关的结构，该结构可延伸至七个连续残基。这种集体模式归因于骨架孤子的存在。我们展示了如何利用我们的可视化技术，根据我们详细描述的选择规则来分析和分类不同的孤子。