Decoding The structure of non-proteinogenic amino acids: The rotational spectrum of jet-cooled laser-ablated thioproline.

Abstract

La actividad proteica es consecuencia de la disposición tridimensional de sus diferentes grupos funcionales. Los residuos de prolina son únicos entre los aminoácidos canónicos, debido a la restricción conformacional de la ciclización de la cadena principal y a la presencia de un enlace amida terciario. Estas características estructurales limitan las conformaciones disponibles para sus residuos, lo que permite que la prolina se observe preferentemente en contextos estructurales específicos, como la terminación de estructuras secundarias, bucles, giros y hélices. Los residuos de prolina también presentan propiedades distintivas de reconocimiento biomolecular debido a sus diferencias con otros aminoácidos canónicos. La SPro, como se presenta generalmente en aminoácidos, cristaliza en su forma zwitteriónica y los estudios de su estructura mediante difracción de rayos X muestran una forma única, donde el grupo carboxilo adopta una disposición ecuatorial y el anillo adopta una forma S-endodoble. La conformación adoptada por los residuos de SPro en KNI-272, por ejemplo, se analizó basándose en dos posibles formas endo o exo del anillo y el equilibrio de los enlaces amida cis-trans, al igual que ocurre con los residuos de Pro. Los mismos equilibrios, reforzados por los enlaces de hidrógeno entre el ácido y el grupo imino, existen en Pro aislado, lo que da lugar a cuatro confórmeros. Por lo tanto, resulta interesante caracterizar la estructura de SPro aislada en fase gaseosa para comprender mejor su comportamiento, analizar sus conformaciones estables, sus energías y las interacciones intramoleculares que contribuyen a su estabilización. La combinación de la espectroscopia de microondas por transformada de Fourier (FTMW) con técnicas de expansión de chorro supersónico ha contribuido a una nueva era en la espectroscopia rotacional, que puede considerarse la sonda estructural en fase gaseosa más definitiva. Permite la discriminación inequívoca entre diferentes isómeros, incluyendo tautómeros, confórmeros o isotopómeros. La distribución espacial de la masa de estas especies presenta constantes espectroscópicas únicas y espectros rotacionales individuales distintivos. Además, la estructura hiperfina de acoplamiento cuadrupolo, debida a la presencia del 14N, proporciona información precisa sobre la orientación del grupo amino, lo que ayuda a asignar confórmeros con constantes rotacionales similares. Por lo tanto, estas características clave convierten a esta técnica en una herramienta poderosa. En este trabajo se registró el espectro rotacional de banda ancha de la tioprolina sometida a ablación láser enfriada por chorro. Se observaron e identificaron dos confórmeros de este sistema mediante DFT y cálculos ab initio, comparando las constantes rotacionales observadas y calculadas, las constantes de acoplamiento cuadrupolo 14N y las energías predichas con las poblaciones relativas observadas. Estos confórmeros mostraron una disposición mixta doblada/torcida del anillo de cinco miembros, similar a la del compuesto relacionado, la tiazolidina, con el enlace N-H en configuración axial. La forma más estable tenía el grupo COOH en posición ecuatorial en el mismo lado del anillo que el N-H. La disposición del grupo C=O cerca del enlace N-H condujo a una interacción débil entre ellos (clasificada como tipo I), caracterizada por un análisis de interacción no covalente. La segunda forma presentó una disposición trans-COOH, mostrando un enlace de hidrógeno O-H-N tipo II. En la tioprolina, la estabilidad de los confórmeros de tipo I y tipo II se invirtió con respecto a la prolina. Demostramos cómo la conformación del anillo depende de la función asociada al átomo de N endocíclico al comparar las estructuras de la tioprolina aislada con su zwitterión observado en fases condensadas y con formas peptídicas.