Pauling y Corey empezaron su trabajo sobre estructura de proteínas al final de la década de 1930, interesándose en primer lugar por la estructura del enlace peptídico.
Los carbonos alfa de aminoácidos adyacentes se encuentran separados por tres enlaces covalentes, ordenados así: C(alfa)-C-N-C(alfa). Los estudios de difracción de rayos X de cristales de aminoácidos y de dipéptidos y tripéptidos simples demostraron que el enlace amida C-N de un péptido es ligeramente mas corto que el enlace C-N de una amina simple, y que los átomos asociados con el enlace son coplanares. Esto indicaba la existencia de una resonancia, es decir que el oxígeno carbonilico y el nitrógeno amida compartían parcialmente los pares de electrones.
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| El grupo peptídico planar. Cada enlace peptídico tiene carácter parcial de doble enlace debido a la resonancia, y no puede rotar. El oxígeno carbonílico tiene carga parcial negativa y el nitrógeno amida carga parcial positiva, lo que da lugar a un pequeño dipolo eléctrico. Obsérvese que los átomos de oxígeno e hidrógeno se encuentra en extremos opuestos en el plano del enlace C-N. Ésta es la configuración trans. Prácticamente todos los enlaces peptídicos de proteínas se necuentra en esta configuración, aunque hay excepciones. |
El oxígeno tiene una carga parcial negativa y el nitrógeno positiva, formando un pequeño dipolo eléctrico. Los cuatro átomos del enlace peptídico se encuentran en el mismo plano, de modo que el átomo de oxígeno del grupo carbonílico y el átomo de hidrógeno del nitrógeno amida se hallan entre ellos en posición trans. A partir de estos estudios, Pauliing y Corey concluyeron que los enlaces amida C-N no pueden rotar libremente a causa de su carácter parcial de enlace doble. El esqueleto polipeptídico de una proteína puede visualizarse por tanto commo una serie de planos rígidos separados por grupos metileno sustituidos, -CH(R)-
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| Puede producirse rotación alrededor de dos de los tres tipos de enlaces existentes en una cadena polipeptídica. Los enlaces C-N de los grupos peptídicos planares (sombreados en azul), que suponen un tercio del total de los enlaces del esqueleto polipeptídico, no tienen libertad de rotación. Otros enlaces simple de la cadena principal pueden tener también impedida su rotación, dependiendo del tamaño y carga de los grupos R |
La rigidez de los enlaces peptídicos limita el número de conformaciones que un polipéptido puede adoptar.
La rotación es posible alrededor de los enlaces N-C(alfa) y C(alfa)-C. Los ángulos de rotación de los enlaces se denominan por convención phi, para el enlace N-C(alfa) y psi para el enlaces C(alfa)C. También por convención, tanto phi como psi adquieren un valor de 0° en la conformmación en la que los dos enlaces peptídicos conectados a un mismo carbono alfa se encuentran en el mismo plano como se muestra en la siguiente figura:
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| Por convención, se considera que los ángulos phi y psi tienen un valor de 0° cuando los enlaces peptídicos que flanquean de un carbono alfa se encuentran en el mismo plano. Esta conformación no es accesible en una proteína, puesto que se produciría un solapamiento estérico entre un oxígeno carbonílico y el átomo de hidrógeno del grupo alfa amino. |
En principio, phi y psi pueden adoptar cualquier valor entre -180° y +180°, pero muchos de estos valores no son accesibles a causa de las interferencias estéricas entre átommos del esqueleto polipeptídico y de las cadenas laterales de los aminoácidos. La conformación en la que phi y psi valen 0° es una de las inaccesibles; este valor se usa meramente como punto de referencia para describir los ángulos de rotación.
Cada una de las estructuras secundarias posibles queda completamente descrita mediante los ángulos de enlace phi y psi, que se repiten en cada residuo. Los valores permitidos para phi y psi, pueden visualizarse gráficamente representando phi frente a psi, en lo que se denomina la representación de Ramachandran. La representación de Ramachandran de la figura siguiente muestra las conformaciones permitidas para la mayor parte de residuos aminoácidos.
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| Una representación de Ramachandran. Se muestran las conformaciones teóricamente permitidas para péptidos, que se definen por los valores phi y psi. Las áreas sombreadas indican conformaciones accesibles a todos los aminoácidos (sombreado oscuro) o a todos excepto valina e isoleucina (sombreado medio) ; el sombreado mas tenue corresponde a conformaciones que son relativamente inestables, pero que se encuentran en algunas estructuras de proteínas. |
