In dieser Studie wird eine eingehende Konformationsanalyse der drei aromatischen Aminosäuren Tryptophan, Phenylalanin und Tyrosin sowie ihrer ionischen und zwitterionischen Formen anhand von First-Principles-Berechnungen durchgeführt. Für jede Aminosäure ergaben umfangreiche Scans der potentiellen Energieoberfläche zahlreiche stabile Konformer, darunter über 50 einzigartige dimere Strukturen für jede. Die Stabilisierung dieser Strukturen ergibt sich aus einem reichhaltigen Zusammenspiel von nichtkovalenten Wechselwirkungen wie Wasserstoffbrückenbindungen (insbesondere NH-O), pi-pi-Stapelung, CH-pi-, NH-pi- und OH-pi-Wechselwirkungen. Monomere Formen bevorzugten Konformationen mit starken intramolekularen Wasserstoffbrückenbindungen, während dimere Formen ein Gleichgewicht zwischen Wasserstoffbrückenbindungen und aromatischen Wechselwirkungen aufwiesen. Die Analyse von Atomen in Molekülen lieferte weitere Erkenntnisse über die Stärke und Art dieser Wechselwirkungen. Vergleichende Beobachtungen mit Strukturen aus der Protein Data Bank machten geometrieabhängige Präferenzen deutlich: pi-pi-Stapelung dominiert im Nahbereich, während T-förmige CH-pi-Wechselwirkungen bei größeren Entfernungen stärker ausgeprägt sind. Diese Ergebnisse geben Aufschluss über die komplizierte nichtkovalente Landschaft, die Aminosäurekonformationen in biologischen Systemen prägt.

Autorentext
Dr. Uppula Purushotham ist Computerchemiker mit einem Doktortitel des CSIR-IICT Hyderabad und einem Postdoc-Aufenthalt an der Universität Nagoya, Japan. Seine Arbeit konzentriert sich auf KI-Anwendungen in der Arzneimittelentwicklung und der Materialwissenschaft, mit Fachkenntnissen in Quantenchemie und Molekularmodellierung.