阳离子-pi相互作用

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阳离子-pi相互作用。由静电势着色的表面。图片改编自善意提供的图片丹尼斯·多尔蒂.

芳香环表面6.0º范围内的阳离子部分（苯丙氨酸、酪氨酸或色氨酸）可能参与称为阳离子-π相互作用（阳离子-π子相互作用）的极性相互作用^[1].

芳香环的平面由于离域而带有部分负电荷π电子. 诸如Lys或Arg的侧链、阳离子配体或金属阳离子等阳离子通常在芳香环的表面上居中排列。蛋白质数据库中超过四分之一的Trp与阳离子相互作用，99%的重要阳离子-π相互作用发生在6.0埃的距离内^[2]。阳离子-π相互作用对大多数蛋白质的整体稳定性做出了重要贡献。加利文和多尔蒂（1999）^[2]结论是“在任何蛋白质结构分析中，阳离子-pi相互作用应与更传统的氢键、盐桥和疏水效应一起考虑”。它们还可以显著促进分子间接触和与配体的相互作用。

目录 1 可视化 2 化学 三 发生和意义 4 示例 5 文献参考和注释 6 附加文献 7 另请参见 8 内容属性

可视化

• Jmol简介如前所述，查找并显示潜在的阳离子-π相互作用在这里.

化学

阳离子-π相互作用是阳离子与芳香环的极化π电子云的稳定静电相互作用。六个碳芳香环出现在20种标准氨基酸：即苯丙氨酸,色氨酸、和酪氨酸.一个p原子轨道在每个芳香族碳上，以π（“侧向”）的方式与其相邻的两个碳重叠，形成一个共轭的pi（π）轨道系统。芳香环的π电子包括不定域的环形平面上方和下方的环形云(参见右图). 正电荷靠近圆环的一面会使π电子云发生接触和极化。在适当的构象中，这种接近形成了一种能量上的显著性阳离子-pi交互（请参见上图)^[3].

发生和意义

加利文和多尔蒂（1999）^[2]报道了蛋白质数据库中高分辨率结构中阳离子-π相互作用的定量调查结果。使用基于能量的标准来识别重要的侧链相互作用，他们研究了593个序列不同的蛋白质。他们发现平均每77个残基有一个这样的相互作用，链长或多链与单链结构没有显著影响。Arg比Lys更有可能参与阳离子-π相互作用，芳香侧链参与的可能性为Trp>Tyr>Phe。超过四分之一的Trp参与阳离子-π相互作用，阳离子通常位于Trp的6原子环上。由于数据库中氨基酸的频率，Arg参与的阳离子-π相互作用几乎是Lys的两倍，Tyr和Phe大致相似。他们的研究不包括His，因为根据它的质子化状态，它可以作为阳离子或pi系统参与。假定赖氨酸和精氨酸始终是质子化的，因此是阳离子的。

Gallivan和Dougherty得出结论：“当阳离子侧链靠近芳香侧链时，几何形状偏向于能够经历良好阳离子-π相互作用的侧链”，“在任何蛋白质结构分析中，阳离子-pi相互作用应与更传统的氢键、盐桥和疏水效应一起考虑”。它们提供了列出其程序CaPTURE的文本结果的服务器.

Zacharias和Dougherty（2002年）^[4]综述了配体与蛋白质结合中的阳离子-pi相互作用。当配体具有正电荷或芳香环时，阳离子-π相互作用通常在能量上很重要，并参与离子通道、G蛋白偶联受体、转运蛋白和酶催化的控制。

示例

所有型号 阳离子-pi相互作用 显示：非对称单元 生物组件 用鼠标拖动结构进行旋转  导出动画图像 目录 1 烟碱乙酰胆碱受体与烟碱成瘾 1.1 受体 1.2 尼古丁阳离子 1.3 阳离子-Pi相互作用 1.4 总结 2 Gallivan和Dougherty的例子[2] 三 撒迦利亚和多尔蒂的例子[4] 4 Eric Martz的例子[10] 5 其他相关结构 烟碱乙酰胆碱受体与烟碱成瘾 受体 烟碱型乙酰胆碱受体是一种对神经递质乙酰胆碱作出反应的配体门控离子通道。它发生在中枢和外周神经系统，以及控制肌肉收缩的神经肌肉接头。它有多种形式，尤其是型称轴索型在大脑中发现，并且肌肉类型发现于神经肌肉接头中。烟碱乙酰胆碱受体是尼古丁成瘾的基础，每年导致4000000人死亡[5].如秀所述等。[5]: “……如果尼古丁能像激活大脑受体一样有效地激活肌肉中的ACh受体，那么吸烟会导致无法忍受甚至致命的肌肉收缩。”[5] 因此，神经型和肌肉型受体之间的差异使尼古丁成瘾成为可能，而这种差异的化学基础是相当有趣的。 尼古丁阳离子 与乙酰胆碱一样，当pH值为中性或酸性时，尼古丁也含有阳离子氮。这发生在尼古丁的5元甲基吡咯烷环中（参见尼古丁结构)，具有pK一第页，共8.0页[6][7]. 阳离子-Pi相互作用 1998年，钟等。（与Dougherty一起）[8]提供证据证明阳离子乙酰胆碱在神经型受体，对结合亲和力有重要贡献。2002年，Beene等。（与Dougherty一起）[9]提供证据表明，当尼古丁绑定到肌肉型受体，因此部分解释了亲和力较低的原因。2009年，秀等。（与Dougherty一起）[5]提供证据表明尼古丁和Trp149神经型受体。与神经元型受体相比，尼古丁对肌肉型受体的亲和力较低，这是由于前者的阳离子-π相互作用强度不同以及尼古丁受体氢键缺失所致[5]. 软体动物乙酰胆碱结合蛋白的晶体结构(1英寸6)证实同源Trp（Trp143）和尼古丁阳离子之间存在阳离子-pi相互作用(). 还可以看到在尼古丁和大鼠受体近端Trp的主链氧之间提出[5]软体动物的晶体结构也显示出. 总结 受体配体 阳离子-pi 氢键 乙酰胆碱-神经型[8]  是的 （不适用） 尼古丁肌肉类型[9] 不 不 烟碱-神经型[5] 是的 是的 Gallivan和Dougherty的例子[2] 1gai（盖伊）：472-氨基酸链（糖化酶）. 1磅/平方英尺：126-氨基酸链（成纤维细胞生长因子），阳离子-π相互作用发生率异常高。Gallivan和Dougherty报告了5种能量显著的相互作用。 2个星期：原始分析的593个蛋白质组中最长的单链（323个残基），没有能量上显著的阳离子-π相互作用。 撒迦利亚和多尔蒂的例子[4] 168磅是识别mRNA 5'端N7-甲基化鸟苷的真核翻译起始因子的一部分。这个. 示例来自埃里克·马茨[10] 1个xi（人类生长激素）：链B包含一个由三个芳香侧链组成的不同寻常的链，由四个阳离子侧链分开，并在末端加盖。（用“c”表示阳离子，用“p”表示π，链是“cpcpcpc”。）CaPTURE（一端的Lys）认为这六种相互作用中只有一种在能量上无关紧要。查看图像在这里. 1bl8公司（细菌钾通道）：有一个对于该同源四聚体的链之间的每次接触，但没有链内阳离子pi相互作用。 2伏（与I类组织相容性蛋白结合的肽）：九肽的N末端Phe与蛋白质的Trp 167叠加。堆叠环的两边都是阳离子（Arg 170，Lys 66），形成了不同寻常的cppc链RWFK。查看图像在这里. 1罗格（与I类组织相容性蛋白结合的肽）：9个残基肽中的三个阳离子与蛋白槽中的芳香侧链相互作用。这是一个理论模型。 1天小时（与II类组织相容性蛋白结合的肽）：尽管13-残基肽含有三个赖氨酸和一个酪氨酸，但它没有阳离子-π相互作用。许多可能相互作用的相邻侧链似乎被其他非共价键相互作用所阻断，而肽赖氨酸侧链通常指向远离蛋白质的方向。 其他相关结构 AChE_抑制剂和基质（第II部分） Proteopedia的阳离子-pi类条目（带连字符） Proteopedia的阳离子π分类条目（无连字符） Proteopedia的阳离子-pi相互作用类别中的条目

参考文献和注释

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3. ↑ 埃里克·马茨谢谢彼得·利利娅来帮助写这一段。
4. ↑^{4 4.1}Zacharias N，Dougherty DA。配体识别和催化中的阳离子-π相互作用。药物科学趋势。2002年6月；23(6):281-7. PMID：12084634
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6. ↑相反，6元吡啶环具有pK_一在中性pH下不带电自由基尼古丁的形式比带电形式更容易挥发。卷烟制造商长期以来一直在烟草中添加氨，以增加吸烟者对尼古丁的吸收。详见其他地方引用的Summerfield，1999年。
7. ↑Summerfield，J.H.酸碱化学示例：尼古丁的转化。化学杂志。编辑：76:1397-8（1999）。
8. ↑^{8 8.1}Zhong W，Gallivan JP，Zhang Y，Li L，Lester HA，Dougherty DA。从从头算量子力学到分子神经生物学：烟碱受体中的阳离子π结合位点。美国国家科学院院刊，1998年10月13日；95(21):12088-93. PMID：9770444
9. ↑^{9 9.1}Beene DL，Brandt GS，Zhong W，Zacharias NM，Lester HA，Dougherty DA。5-羟色胺能（5-HT3A）和烟碱乙酰胆碱受体配体识别中的阳离子-pi相互作用：尼古丁的异常结合特性。生物化学。2002年8月13日；41(32):10262-9. PMID：12162741
10. ↑这些示例在以下文档中进行了说明蛋白质探索者：请参阅内容归属用于原始文档。

其他文献

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另请参见

• 在PubMed中搜索Dougherty DA公司.
• 乙酰胆碱受体-当月最佳分子.
• Eric Martz蛋白质探索者的阳离子-Pi相互作用简介、图库和教程
• 维基百科Cation-pi交互页面

内容属性

本页的初始内容经以下人员许可进行了改编：埃里克·马茨，来自词汇表和阳离子-Pi相互作用简介、图库和教程随之而来的蛋白质探索者.埃里克·马茨非常感谢彼得·利利娅寻求有关化学术语和概念的帮助。