Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Ядерно-магнитная резонансная спектроскопия белков (обычно сокращенно белковый ЯМР ) - это область структурной биологии, в которой ЯМР-спектроскопия используется для получения информации о структуре и динамике белков , а также нуклеиновых кислот и их комплексов. Поле был впервые Ричард Р. Эрнст и Вютрих в ETH , [1] и Ad Вах , Marius Clore , Анджела Гроненборн в NIH , [2] и Герхард Вагнер в Гарвардском университете, среди прочего. Определение структуры методом ЯМР-спектроскопии обычно состоит из нескольких этапов, для каждой из которых используется отдельный набор узкоспециализированных методов. Подготавливается образец, проводятся измерения, применяются интерпретирующие подходы, рассчитывается и проверяется структура.

ЯМР включает квантово-механические свойства центрального ядра (« ядра ») атома. Эти свойства зависят от локального молекулярного окружения, и их измерение дает карту того, как атомы связаны химически, насколько близко они находятся в пространстве и как быстро они движутся относительно друг друга. Эти свойства в основном те же, что и те, которые используются в более знакомой магнитно-резонансной томографии (МРТ) , но в молекулярных приложениях используется несколько иной подход, соответствующий изменению масштаба с миллиметров (интересующих радиологов) до нанометров.(связанные атомы обычно находятся на расстоянии долей нанометра друг от друга), то есть в миллион раз. Это изменение масштаба требует гораздо более высокой чувствительности обнаружения и стабильности для долгосрочных измерений. В отличие от МРТ, исследования структурной биологии не создают изображение напрямую, а полагаются на сложные компьютерные вычисления для создания трехмерных молекулярных моделей.

В настоящее время большинство образцов исследуются в растворе в воде, но разрабатываются методы, позволяющие также работать с твердыми образцами . Сбор данных основан на помещении образца внутри мощного магнита, посылке радиочастотных сигналов через образец и измерении поглощения этих сигналов. В зависимости от окружения атомов в белке ядра отдельных атомов будут поглощать различные частоты радиосигналов. Кроме того, сигналы поглощения различных ядер могут нарушаться соседними ядрами. Эта информация может быть использована для определения расстояния между ядрами. Эти расстояния, в свою очередь, можно использовать для определения общей структуры белка.

Типичное исследование может включать в себя то, как два белка взаимодействуют друг с другом, возможно, с целью разработки небольших молекул, которые можно использовать для исследования нормальной биологии взаимодействия (« химическая биология ») или для обеспечения возможных результатов для фармацевтического использования ( разработка лекарств ). Часто взаимодействующая пара белков может быть идентифицирована исследованиями генетики человека, что указывает на то, что взаимодействие может быть нарушено неблагоприятными мутациями, или они могут играть ключевую роль в нормальной биологии «модельного» организма, такого как плодовая муха, дрожжи. , червь C. elegans или мыши. Для приготовления образца обычно используются методы молекулярной биологии для получения количеств путем бактериальной ферментации . Это также позволяет изменитьизотопный состав молекулы, что желательно, потому что изотопы ведут себя по-разному и обеспечивают методы для идентификации перекрывающихся сигналов ЯМР.

Подготовка образца [ править ]

Образец ЯМР готовят в тонкостенной стеклянной трубке .

Ядерный магнитный резонанс белка выполняется на водных образцах высокоочищенного белка. Обычно образец состоит из 300-600 микролитров с концентрацией белка в диапазоне 0,1 - 3 миллимолярных . Источник белка может быть либо естественным, либо произведенным в производственной системе с использованием методов рекомбинантной ДНК посредством генной инженерии . Рекомбинантно экспрессируемые белки обычно легче производить в достаточном количестве, и этот метод делает возможным изотопное мечение .

Очищенный белок обычно растворяют в буферном растворе и доводят до желаемых условий растворителя. Образец ЯМР готовят в тонкостенной стеклянной трубке .

Сбор данных [ править ]

ЯМР белков использует эксперименты с многомерным ядерным магнитным резонансом для получения информации о белке. В идеале каждое отдельное ядро ​​в молекуле испытывает различное электронное окружение и, таким образом, имеет отчетливый химический сдвиг, по которому его можно распознать. Однако в больших молекулах, таких как белки, количество резонансов обычно может достигать нескольких тысяч, и одномерный спектр неизбежно имеет случайные перекрытия. Поэтому проводятся многомерные эксперименты, которые коррелируют частоты отдельных ядер. Дополнительные измерения уменьшают вероятность перекрытия и имеют большее информационное содержание, поскольку они коррелируют сигналы от ядер в определенной части молекулы. Намагниченность передается на образец с помощью импульсов электромагнитного (радиочастотная ) энергия и между ядрами с использованием задержек; процесс описывается так называемыми импульсными последовательностями . Последовательности импульсов позволяют экспериментатору исследовать и выбирать определенные типы связей между ядрами. Множество экспериментов по ядерному магнитному резонансу, используемых с белками, делятся на две основные категории: в одной намагниченность передается через химические связи, а во вторую - через пространство, независимо от структуры связывания. Первая категория используется для присвоения различных химических сдвигов конкретному ядру, а вторая в основном используется для создания ограничений расстояния, используемых при вычислении структуры и при назначении с немеченым белком.

В зависимости от концентрации образца, магнитного поля спектрометра и типа эксперимента один многомерный эксперимент ядерного магнитного резонанса на образце белка может занять часы или даже несколько дней для получения подходящего отношения сигнал / шум. посредством усреднения сигнала и для обеспечения достаточной эволюции передачи намагниченности в различных измерениях эксперимента. При прочих равных условиях эксперименты с более высокой размерностью займут больше времени, чем эксперименты с более низкой размерностью.

Как правило, первый эксперимент, который должен быть измерен с меченным изотопом белком, представляет собой 2D- спектр гетероядерной одноканальной квантовой корреляции (HSQC), где «гетероядерный» относится к ядрам, отличным от 1H. Теоретически гетероядерная одноквантовая корреляция имеет один пик для каждого H, связанного с гетероядром. Таким образом, в 15N-HSQC с 15 N меченым белком ожидается один сигнал для каждого атома азота в позвоночнике, за исключением пролина., который не имеет амид-водорода из-за циклической природы его основной цепи. Дополнительные сигналы 15N-HSQC вносит каждый остаток с азотно-водородной связью в его боковой цепи (W, N, Q, R, H, K). 15N-HSQC часто называют «отпечатком пальца» белка, потому что каждый белок имеет уникальный паттерн сигнальных положений. Анализ 15N-HSQC позволяет исследователям оценить, присутствует ли ожидаемое количество пиков, и, таким образом, выявить возможные проблемы из-за множественных конформаций или неоднородности образца. Относительно быстрый эксперимент с одноквантовой гетероядерной корреляцией помогает определить возможность проведения последующих более длительных, более дорогих и сложных экспериментов. Невозможно приписать пики конкретным атомам только на основе одноканальной гетероядерной корреляции.

Назначение резонанса [ править ]

Чтобы проанализировать данные ядерного магнитного резонанса, важно получить резонансное назначение для белка, то есть выяснить, какой химический сдвиг соответствует какому атому. Обычно это достигается последовательной ходьбой с использованием информации, полученной в результате нескольких различных типов экспериментов ЯМР. Точная процедура зависит от того, помечен ли белок изотопами или нет, поскольку многие эксперименты по назначению зависят от углерода-13 и азота-15.

Сравнение спектров COSY и TOCSY 2D для такой аминокислоты, как глутамат или метионин . TOCSY показывает диагональные перекрестные пики между всеми протонами в спектре, но CZY имеет перекрестные пики только между соседями.

Гомоядерный ядерный магнитный резонанс [ править ]

С немеченым белком обычная процедура состоит в том, чтобы записать набор двумерных гомоядерных экспериментов по ядерному магнитному резонансу с помощью корреляционной спектроскопии (COSY), из которых несколько типов включают обычную корреляционную спектроскопию, полную корреляционную спектроскопию (TOCSY) и ядерную спектроскопию эффекта Оверхаузера (NOESY). . [3] [4]Двумерный ядерный магнитный резонанс дает двумерный спектр. Единицами обеих осей являются химические сдвиги. COSY и TOCSY передают намагниченность через химические связи между соседними протонами. Обычный эксперимент корреляционной спектроскопии способен передавать намагниченность только между протонами на соседних атомах, тогда как в эксперименте полной корреляционной спектроскопии протоны могут передавать намагниченность, поэтому она передается между всеми протонами, которые связаны соседними атомами. Таким образом, в традиционной корреляционной спектроскопии альфа-протон передает намагниченность бета-протонам, бета-протоны передаются альфа- и гамма-протонам, если таковые имеются, затем гамма-протон передается бета- и дельта-протонам, и процесс продолжается. .В полной корреляционной спектроскопии альфа и все другие протоны способны передавать намагниченность в бета, гамма, дельта, эпсилон, если они связаны непрерывной цепочкой протонов. Непрерывная цепочка протонов - это боковая цепь индивидуума.аминокислоты . Таким образом, эти два эксперимента используются для построения так называемых спиновых систем, то есть построения списка резонансов химического сдвига пептидного протона, альфа-протонов и всех протонов от каждого остатка.сайдчейн. Какие химические сдвиги соответствуют каким ядрам в спиновой системе, определяется обычными связями корреляционной спектроскопии и тем фактом, что разные типы протонов имеют характерные химические сдвиги. Чтобы соединить различные спиновые системы в последовательном порядке, необходимо использовать эксперимент ядерной спектроскопии эффекта Оверхаузера. Поскольку этот эксперимент передает намагниченность через пространство, он покажет кросс-пики для всех протонов, находящихся близко в пространстве, независимо от того, находятся они в одной спиновой системе или нет. Соседние остатки по своей природе близки в пространстве, поэтому отнесения могут быть сделаны по пикам в NOESY с другими спиновыми системами.

Одной из важных проблем использования гомоядерного ядерного магнитного резонанса является перекрытие пиков. Это происходит, когда разные протоны имеют одинаковые или очень похожие химические сдвиги. Эта проблема усугубляется по мере того, как белок становится больше, поэтому гомоядерный ядерный магнитный резонанс обычно ограничивается небольшими белками или пептидами.

Ядерный магнитный резонанс азота-15 [ править ]

Основная статья: Гетероядерная одноквантовая когерентная спектроскопия

Наиболее часто выполняемый эксперимент 15N - это 1 H- 15 N HSQC. Эксперимент очень чувствителен и поэтому может быть проведен относительно быстро. Его часто используют для проверки пригодности белка для определения структуры с помощью ЯМР, а также для оптимизации условий образца. Это один из стандартных наборов экспериментов, используемых для определения структуры раствора белка. HSQC можно расширить до трехмерных и четырехмерных ЯМР-экспериментов, таких как 15 N-TOCSY-HSQC и 15 N-NOESY-HSQC. [5]

Схема HNCA и HNCOCA для четырех последовательных остатков. Размер азота-15 перпендикулярен экрану. Каждое окно сфокусировано на химическом сдвиге азота этой аминокислоты. Последовательное присвоение осуществляется путем сопоставления химических сдвигов альфа-углерода. В HNCA каждый остаток видит свой альфа-углерод и предыдущий остаток. HNCOCA видит только альфа-углерод предыдущего остатка.

Ядерный магнитный резонанс углерода-13 и азота-15 [ править ]

Основная статья: Тройной резонансная спектроскопия ядерного магнитного резонанса

Когда белок помечен углеродом-13 и азотом-15, можно записывать эксперименты с тройным резонансом, которые переносят намагниченность по пептидной связи и, таким образом, соединяют различные спиновые системы через связи. [6] [7] Обычно это делается с помощью следующих экспериментов: HNCO , HN (CA) CO , HNCA , [8] HN (CO) CA , HNCACB и CBCA (CO) NH . Все шесть экспериментов состоят из плоскости 1 H- 15 N (подобной спектру HSQC), расширенной размером углерода. В HN (CA) CO каждый H Nплоскость содержит пики карбонильного углерода от его остатка, а также предыдущий в последовательности. HNCO содержит химический сдвиг карбонильного углерода только от предыдущего остатка, но гораздо более чувствителен, чем HN (CA) CO. Эти эксперименты позволяют связать каждый пик 1 H- 15 N с предыдущим карбонильным углеродом, и затем можно выполнить последовательное сопоставление путем сопоставления сдвигов каждого собственного и предыдущего атомов углерода спиновой системы. HNCA и HN (CO) CA работают аналогично, только с альфа-атомами углерода (C α ), а не с карбонилами, а HNCACB и CBCA (CO) NH содержат как альфа-углерод, так и бета-углерод (C β). Обычно требуется несколько из этих экспериментов, чтобы разрешить перекрытие в углеродном измерении. Эта процедура обычно менее двусмысленна, чем метод на основе NOESY, поскольку он основан на переводе облигаций. В методах, основанных на NOESY, появятся дополнительные пики, соответствующие атомам, которые расположены близко в пространстве, но не принадлежат последовательным остаткам, что затрудняет процесс присвоения. После первоначального последовательного назначения резонанса обычно можно расширить назначение от C α и C β до остальной части боковой цепи, используя такие эксперименты, как HCCH-TOCSY, который, по сути, является экспериментом TOCSY, разрешенным в дополнительном углеродном измерении.

Поколение сдержанности [ править ]

Для проведения расчетов конструкции необходимо создать ряд экспериментально определенных ограничений. Они попадают в разные категории; наиболее широко используются ограничения расстояния и ограничения угла.

Ограничения по расстоянию [ править ]

Перекрестный пик в эксперименте NOESY означает пространственную близость между двумя рассматриваемыми ядрами. Таким образом, каждый пик может быть преобразован в максимальное расстояние между ядрами, обычно от 1,8 до 6 ангстрем . Интенсивность пика NOESY пропорциональна расстоянию до минус 6-й степени, поэтому расстояние определяется в соответствии с интенсивностью пика. Отношение интенсивности к расстоянию не является точным, поэтому обычно используется диапазон расстояний.

Очень важно отнести пики NOESY к правильным ядрам на основе химических сдвигов. Если эта задача выполняется вручную, это обычно очень трудоемко, поскольку белки обычно имеют тысячи пиков NOESY. Некоторые компьютерные программы, такие как PASD [9] [10] / XPLOR-NIH , [11] [12] UNIO , [13] CYANA , [14] ARIA [15] / CNS , [16] и AUDANA [17] / PONDEROSA -C / S [18] в интегративной платформе ЯМР [19]выполнять эту задачу автоматически на предварительно обработанных вручную списках пиковых позиций и пиковых объемов, связанных с расчетом структуры. Прямой доступ к необработанным данным NOESY без громоздкой потребности в итеративно уточняемых списках пиков пока предоставляется только алгоритмом PASD [10] , реализованным в XPLOR-NIH , [11] подходом ATNOS / CANDID, реализованным в пакете программного обеспечения UNIO, [ 13] и PONDEROSA-C / S, что действительно гарантирует объективный и эффективный спектральный анализ NOESY.

Чтобы получить как можно более точные отнесения, большое преимущество имеет доступ к экспериментам NOESY с углеродом-13 и азотом-15, поскольку они помогают устранить перекрытие в протонном измерении. Это приводит к более быстрым и надежным заданиям и, в свою очередь, к лучшим структурам.

Угловые ограничения [ править ]

В дополнение к ограничению расстояния могут быть созданы ограничения на торсионные углы химических связей, обычно это углы psi и phi . Один из подходов заключается в использовании уравнения Карплюса для создания угловых ограничений на основе констант связи . Другой подход использует химические сдвиги для создания угловых ограничений. Оба метода используют тот факт, что геометрия вокруг альфа-углерода влияет на константы связи и химические сдвиги, поэтому, учитывая константы связи или химические сдвиги, можно сделать квалифицированное предположение о торсионных углах.

Ограничения ориентации [ править ]

Основная статья: Остаточная диполярная связь
Синие стрелки представляют ориентацию связи N - H выбранных пептидных связей. Определив ориентацию достаточного количества связей относительно внешнего магнитного поля, можно определить структуру белка. Из записи PDB 1KBH

Молекулы аналита в образце можно частично упорядочить по отношению к внешнему магнитному полю спектрометра, манипулируя условиями образца. Общие методы включают добавление бактериофагов или бицелл к образцу или приготовление образца в растянутом полиакриламидном геле . Это создает локальную среду, которая способствует определенным ориентациям несферических молекул. Обычно в растворе ЯМР диполярные связи между ядрами усредняются из-за быстрого переворачивания молекулы. Небольшое перенаселенность одной ориентации означает, что остаточная диполярная связь еще предстоит наблюдать. Диполярная связь обычно используется в твердотельном ЯМР.и предоставляет информацию об относительной ориентации векторов связей относительно единой глобальной системы отсчета. Обычно ориентацию вектора NH исследуют в эксперименте, подобном HSQC. Первоначально остаточные диполярные связи использовались для уточнения ранее определенных структур, но также были предприняты попытки определения структуры de novo. [20]

Обмен водорода и дейтерия [ править ]

Основная статья: Водород-дейтериевый обмен

ЯМР-спектроскопия специфична для ядра. Таким образом, он может различать водород и дейтерий. Протоны амида в белке легко обмениваются с растворителем, и, если растворитель содержит другой изотоп, обычно дейтерий , реакцию можно контролировать с помощью ЯМР-спектроскопии. Насколько быстро данный амид обменивается, отражает его доступность для растворителя. Таким образом, скорости обмена амида могут дать информацию о том, какие части белка погребены, связаны водородными связями и т. Д. Обычным применением является сравнение обмена свободной формы с комплексной. Предполагается, что амиды, которые становятся защищенными в комплексе, находятся в интерфейсе взаимодействия.

Расчет конструкции [ править ]

Определение структуры ядерного магнитного резонанса порождает ансамбль структур. Структуры будут сходиться только в том случае, если данных достаточно, чтобы определить конкретную складку. В этих конструкциях это касается только части конструкции. Из PDB запись 1SSU .

Установленные экспериментально ограничения могут использоваться в качестве входных данных для процесса расчета конструкции. Исследователи, используя компьютерные программы, такие как XPLOR-NIH , [11] CYANA или GeNMR, пытаются удовлетворить как можно больше ограничений в дополнение к общим свойствам белков, таким как длина связей и углы. Алгоритмы преобразуют ограничения и общие свойства белка в энергетические термины, а затем пытаются минимизировать эту энергию. Результатом процесса является ансамбль структур, которые, если бы данных было достаточно, чтобы определять определенную складку, сходились.

Проверка структуры [ править ]

Важно отметить, что полученный ансамбль структур является «экспериментальной моделью», т. Е. Представлением определенного вида экспериментальных данных. Признание этого факта действительно важно, потому что это означает, что модель может быть хорошим или плохим представлением этих экспериментальных данных. [21] В целом качество модели будет зависеть как от количества и качества экспериментальных данных, используемых для ее создания, так и от правильной интерпретации таких данных.

Важно помнить, что с каждым экспериментом связаны ошибки. Случайные ошибки повлияют на воспроизводимость и точность полученных структур. Если ошибки систематические, это повлияет на точность модели. Прецизионность указывает на степень воспроизводимости измерения и часто выражается как дисперсия набора измеренных данных при одинаковых условиях. Однако точность указывает степень приближения измерения к своему «истинному» значению.

В идеале модель белка будет тем точнее, чем больше соответствует действительная молекула, которая представляет, и будет более точной, поскольку имеется меньше неопределенности относительно положения их атомов. На практике не существует «стандартной молекулы», с которой можно было бы сравнивать модели белков, поэтому точность модели определяется степенью согласия между моделью и набором экспериментальных данных. Исторически структуры, определенные с помощью ЯМР, были, как правило, более низкого качества, чем структуры, определенные с помощью дифракции рентгеновских лучей. Частично это связано с меньшим количеством информации, содержащейся в данных, полученных с помощью ЯМР. Из-за этого факта стало обычной практикой определять качество ансамблей ЯМР, сравнивая его с уникальной конформацией, определенной с помощью дифракции рентгеновских лучей, для того же белка. Тем не мение,структура дифракции рентгеновских лучей может не существовать, и, поскольку белки в растворе являются гибкими молекулами, белок, представленный единственной структурой, может привести к недооценке внутренней вариации атомных положений белка. Набор конформаций, определенный с помощью ЯМР или рентгеновской кристаллографии, может быть лучшим представлением экспериментальных данных белка, чем уникальная конформация.[22]

Полезность модели будет определяться, по крайней мере частично, степенью точности и точности модели. Точная модель с относительно низкой точностью может быть полезна для изучения эволюционных отношений между структурами набора белков, тогда как рациональный дизайн лекарств требует как точных, так и точных моделей. Модель, которая не является точной, независимо от степени точности, с которой она была получена, не будет очень полезной. [21] [23]

Поскольку белковые структуры представляют собой экспериментальные модели, которые могут содержать ошибки, очень важно уметь обнаруживать эти ошибки. Процесс, направленный на обнаружение ошибок, известен как проверка. Существует несколько методов проверки структур, некоторые из которых являются статистическими, например PROCHECK и WHAT IF, в то время как другие основаны на физических принципах, таких как CheShift , или на смеси статистических и физических принципов PSVS .

Динамика [ править ]

См. Также: Динамика белка

Помимо структур, ядерный магнитный резонанс может дать информацию о динамике различных частей белка . Обычно это включает измерение времен релаксации, таких как T 1 и T 2, для определения параметров порядка, времен корреляции и скоростей химического обмена. ЯМР-релаксация является следствием локальных флуктуирующих магнитных полей внутри молекулы. Локальные флуктуирующие магнитные поля создаются движением молекул. Таким образом, измерения времен релаксации могут предоставить информацию о движениях внутри молекулы на атомном уровне. При ЯМР-исследованиях динамики белков азот-15Изотоп является предпочтительным ядром для изучения, потому что его времена релаксации относительно просто соотнести с молекулярными движениями. Однако это требует изотопного мечения белка. Времена релаксации T 1 и T 2 могут быть измерены с использованием различных типов HSQC.эксперименты на основе. Типы движений, которые могут быть обнаружены, - это движения, которые происходят во времени в диапазоне от примерно 10 пикосекунд до примерно 10 наносекунд. Кроме того, можно изучать более медленные движения, которые имеют место в масштабе времени от 10 микросекунд до 100 миллисекунд. Однако, поскольку атомы азота находятся в основном в основе белка, результаты в основном отражают движения основы, которая является наиболее жесткой частью молекулы белка. Таким образом, результаты, полученные из измерений релаксации азота-15, могут не отражать весь белок. Следовательно, методы, использующие релаксационные измерения углерода-13 и дейтериянедавно были разработаны, что позволяет систематически изучать движения боковых цепей аминокислот в белках. Сложный и частный случай изучения динамики и гибкости пептидов и полноразмерных белков представлен неупорядоченными структурами. В настоящее время принято считать, что белки могут проявлять более гибкое поведение, известное как беспорядок или отсутствие структуры; однако можно описать ансамбль структур вместо статической картины, представляющей полностью функциональное состояние белка. Многие достижения представлены в этой области, в частности, с точки зрения новых импульсных последовательностей, технологических усовершенствований и тщательной подготовки исследователей в этой области.

ЯМР-спектроскопия на больших белках [ править ]

Традиционно спектроскопия ядерного магнитного резонанса ограничивалась относительно небольшими белками или белковыми доменами. Частично это вызвано проблемами с разрешением перекрывающихся пиков в более крупных белках, но это было облегчено введением изотопного мечения и многомерными экспериментами. Еще одна более серьезная проблема заключается в том, что в больших белках намагниченность релаксирует быстрее, а это означает, что у вас меньше времени для обнаружения сигнала. Это, в свою очередь, приводит к тому, что пики становятся шире и слабее и в конечном итоге исчезают. Были введены два метода ослабления релаксации: спектроскопия, оптимизированная для поперечной релаксации (TROSY) [24] и дейтерирование [25]белков. С помощью этих методов стало возможным изучать белки в комплексе с шапероном 900 кДа GroES - GroEL . [26]

Автоматизация процесса [ править ]

Определение структуры с помощью ЯМР традиционно было трудоемким процессом, требующим интерактивного анализа данных высококвалифицированным ученым. Был проявлен значительный интерес к автоматизации процесса, чтобы увеличить производительность определения структуры и сделать ЯМР белков доступным для неспециалистов (см. Структурную геномику). Двумя наиболее трудоемкими процессами являются назначение резонанса для конкретной последовательности (назначение основной и боковой цепи) и задачи назначения NOE. Было опубликовано несколько различных компьютерных программ, нацеленных на отдельные части общего процесса определения структуры ЯМР в автоматическом режиме. Наибольший прогресс был достигнут в задаче автоматического присвоения NOE. До сих пор были предложены только подходы FLYA и UNIO для выполнения всего процесса определения структуры ЯМР белка в автоматическом режиме без какого-либо вмешательства человека. [13] [14] В последнее время модули в NMRFAM-SPARKY, такие как APES (двухбуквенный код: ae), I-PINE / PINE-SPARKY (двухбуквенный код: ep; веб-сервер I-PINE) и PONDEROSA (двухбуквенный код: c3, up; веб-сервер PONDEROSA ) интегрированы таким образом, что обеспечивает полную автоматизацию с возможностью визуальной проверки на каждом этапе. [27] Также были предприняты усилия по стандартизации протокола расчета конструкции, чтобы сделать его более быстрым и поддающимся автоматизации. [28]

См. Также [ править ]

  • ЯМР спектроскопия
  • Ядерный магнитный резонанс
  • Спектроскопия ядерного магнитного резонанса углеводов
  • Спектроскопия ядерно-магнитного резонанса нуклеиновых кислот
  • Кристаллизация белка
  • Белковая динамика
  • Релаксация (ЯМР)
  • Рентгеновская кристаллография

Ссылки [ править ]

  1. ^ Wüthrich K (ноябрь 2001). «Путь к ЯМР-структурам белков». Структурная и молекулярная биология природы . 8 (11): 923–5. DOI : 10.1038 / nsb1101-923 . PMID  11685234 . S2CID  26153265 .
  2. ^ Clore Г. Marius (2011). «Приключения в биомолекулярном ЯМР» (PDF) . В Харрис, Робин К; Василишен, Родерик Л. (ред.). Энциклопедия магнитного резонанса . Джон Вили и сыновья. DOI : 10.1002 / 9780470034590 . hdl : 11693/53364 . ISBN  9780470034590.
  3. ^ Wüthrich K (декабрь 1990). «Определение структуры белка в растворе методом ЯМР-спектроскопии». J. Biol. Chem . 265 (36): 22059–62. PMID 2266107 . 
  4. ^ Clore GM, Gronenborn AM (1989). «Определение трехмерных структур белков и нуклеиновых кислот в растворе». CRC Critical Reviews в биохимии и молекулярной биологии . 24 (5): 479–564. DOI : 10.3109 / 10409238909086962 . PMID 2676353 . 
  5. ^ Clore GM, Gronenborn AM (1991). «Структуры более крупных белков в растворе: трехмерная и четырехмерная гетероядерная спектроскопия ЯМР». Наука . 252 (5011): 1390–1399. DOI : 10.1126 / science.2047852 . ОСТИ 83376 . PMID 2047852 .  
  6. ^ Clore GM, Gronenborn AM (1991). «Применение трехмерной и четырехмерной гетероядерной ЯМР-спектроскопии для определения структуры белков». Прогресс в спектроскопии ядерного магнитного резонанса . 23 (1): 43–92. DOI : 10.1016 / 0079-6565 (91) 80002-J .
  7. ^ Вах А, Grzesiek S (1993). «Методические достижения в области ЯМР белков». Счета химических исследований . 26 (4): 131–138. DOI : 10.1021 / ar00028a001 .
  8. ↑ Bax A, Ikura M (май 1991 г.). «Эффективный метод 3D ЯМР для корреляции резонансов протона и амида основной цепи 15N с альфа-углеродом предыдущего остатка в белках, равномерно обогащенных 15N / 13C». J. Biomol. ЯМР . 1 (1): 99–104. DOI : 10.1007 / BF01874573 . PMID 1668719 . S2CID 20037190 .  
  9. ^ Kuszewski Дж, Schwieters компакт - диск, Гаррета DS, Берд Р., Tjandra Н, Clore ГМ (2004). «Полностью автоматизированное, очень устойчивое к ошибкам определение структуры макромолекул на основе многомерных ядерных спектров усиления Оверхаузера и назначений химического сдвига». Журнал Американского химического общества . 126 (20): 6258–6273. DOI : 10.1021 / ja049786h . PMID 15149223 . 
  10. ^ a b Kuszewski J, Thottungal RA, Clore GM, Schwieters CD (2008). «Автоматическое определение устойчивой к ошибкам структуры макромолекул на основе многомерных ядерных спектров усиления Оверхаузера и назначений химического сдвига: повышенная надежность и производительность алгоритма PASD» . Журнал биомолекулярного ЯМР . 41 (4): 221–239. DOI : 10.1007 / s10858-008-9255-1 . PMC 2575051 . PMID 18668206 .  
  11. ^ a b c Компакт-диск Schwieters; Kuszewski JJ; Tjandra N; Clore GM (январь 2003 г.). «Пакет для определения молекулярной структуры Xplor-NIH ЯМР» . J. Magn. Резон . 160 (1): 65–73. Bibcode : 2003JMagR.160 ... 65S . DOI : 10.1016 / S1090-7807 (02) 00014-9 . PMID 12565051 . 
  12. ^ Schwieters, CD; Kuszewski, JJ; Clore, GM (2006). «Использование Xplor-NIH для определения молекулярной структуры ЯМР». Прогресс в спектроскопии ядерного магнитного резонанса . 48 (1): 47–62. DOI : 10.1016 / j.pnmrs.2005.10.001 .
  13. ^ а б в Херрманн Т. (2010). «Расчет структуры белка и автоматизированные ограничения NOE». Энциклопедия магнитного резонанса . DOI : 10.1002 / 9780470034590.emrstm1151 . ISBN 978-0470034590.
  14. ^ а б Güntert P (2004). «Автоматический расчет структуры ЯМР с помощью CYANA». Методы ЯМР белков . Методы Мол. Биол. 278 . С. 353–78. CiteSeerX 10.1.1.332.4843 . DOI : 10.1385 / 1-59259-809-9: 353 . ISBN  978-1-59259-809-0. PMID  15318003 .
  15. ^ Рипинг W; Habeck M; Bardiaux B; Бернар А; Маллявин Т.Е .; Нилгес М (февраль 2007 г.). «ARIA2: автоматическое назначение NOE и интеграция данных при расчете структуры ЯМР» . Биоинформатика . 23 (3): 381–2. DOI : 10.1093 / биоинформатики / btl589 . PMID 17121777 . 
  16. ^ Брюнгер, AT; Адамс, PD; Clore, GM; ДеЛано, Вашингтон; Gros, P; Гросс-Кунстлеве, RW; Цзян, JS; Kuszewski, J; Nilges, M; Pannu, NS; Читать, RJ; Рис, LM; Саймонсон, Т; Уоррен, Г.Л. (1 сентября 1998 г.). «Система кристаллографии и ЯМР: новый пакет программ для определения структуры макромолекул». Acta Crystallographica Раздел D . 54 (Pt 5): 905–21. DOI : 10.1107 / s0907444998003254 . PMID 9757107 . 
  17. ^ Ли W, Petit CM, Cornilescu G, Старк JL, Markley JL (июнь 2016). «Алгоритм AUDANA для автоматического определения трехмерной структуры белка по данным ЯМР NOE» . J. Biomol. ЯМР . 65 (2): 51–7. DOI : 10.1007 / s10858-016-0036-у . ISSN 0925-2738 . PMC 4921114 . PMID 27169728 .   
  18. ^ Ли, Вунхи; Старк, Хайме Л .; Маркли, Джон Л. (2014-11-01). «PONDEROSA-C / S: клиент-серверный программный комплекс для автоматизированного определения трехмерной структуры белков» . Журнал биомолекулярного ЯМР . 60 (2–3): 73–75. DOI : 10.1007 / s10858-014-9855-х . ISSN 0925-2738 . PMC 4207954 . PMID 25190042 .   
  19. ^ Ли, Вунхи; Корнилеску, Габриэль; Дашти, Хесам; Eghbalnia, Hamid R .; Тонелли, Марко; Вестлер, Уильям М .; Мясник, Сэмюэл Э .; Henzler-Wildman, Katherine A .; Маркли, Джон Л. (2016-04-01). «Интегративный ЯМР для биомолекулярных исследований» . Журнал биомолекулярного ЯМР . 64 (4): 307–332. DOI : 10.1007 / s10858-016-0029-х . ISSN 0925-2738 . PMC 4861749 . PMID 27023095 .   
  20. ^ де Альба Э; Тяндра Н (2004). Остаточные диполярные связи в определении структуры белков . Методы Мол. Биол. 278 . С. 89–106. DOI : 10.1385 / 1-59259-809-9: 089 . ISBN 978-1-59259-809-0. PMID  15317993 .
  21. ^ a b Ласковский, РА (2003). «Структурное обеспечение качества». Структурная биоинформатика . Методы биохимического анализа . 44 . С. 273–303. DOI : 10.1002 / 0471721204.ch14 . ISBN 9780471202004. PMID  12647391 .
  22. ^ Арнаутова, Ю.А.; Vila, JA; Мартин, О.А.; Scheraga, HA (2009). «Что мы можем узнать, вычислив химические сдвиги 13Calpha для рентгеновских моделей белков?» . Acta Crystallographica Раздел D . 65 (7): 697–703. DOI : 10.1107 / S0907444909012086 . PMC 2703576 . PMID 19564690 .  
  23. ^ Спронк, Калифорния; Набуурс, SB; Krieger, E .; Vriend, G .; Вуистер, GW (2004). «Проверка белковых структур, полученных с помощью ЯМР-спектроскопии». Прогресс в спектроскопии ядерного магнитного резонанса . 45 (3–4): 315–337. DOI : 10.1016 / j.pnmrs.2004.08.003 .
  24. ^ Первушин К; Riek R; Более широкий G; Вютрих К. (ноябрь 1997 г.). «Ослабленная релаксация Т2 из-за взаимного подавления диполь-дипольного взаимодействия и анизотропии химического сдвига указывает путь к ЯМР-структурам очень больших биологических макромолекул в растворе» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 94 (23): 12366–71. Bibcode : 1997PNAS ... 9412366P . DOI : 10.1073 / pnas.94.23.12366 . PMC 24947 . PMID 9356455 .  
  25. ^ Маркус MA; Dayie KT; Matsudaira P; Вагнер Г. (октябрь 1994 г.). «Влияние дейтерирования на скорость релаксации амидных протонов в белках. Гетероядерные эксперименты ЯМР на виллине 14T». J Magn Reson Б . 105 (2): 192–5. Bibcode : 1994JMRB..105..192M . DOI : 10,1006 / jmrb.1994.1122 . PMID 7952934 . 
  26. ^ Fiaux J; Бертельсен ЭБ; Хорвич А.Л .; Вютрих К. (июль 2002 г.). «ЯМР-анализ комплекса 900K GroEL GroES». Природа . 418 (6894): 207–11. DOI : 10,1038 / природа00860 . PMID 12110894 . S2CID 2451574 .  
  27. ^ Ли, Вунхи; Тонелли, Марко; Маркли, Джон Л. (2015-04-15). «NMRFAM-SPARKY: усовершенствованное программное обеспечение для биомолекулярной ЯМР-спектроскопии» . Биоинформатика . 31 (8): 1325–1327. DOI : 10.1093 / биоинформатики / btu830 . ISSN 1367-4803 . PMC 4393527 . PMID 25505092 .   
  28. ^ Лю G, Шэнь Y; Атрея HS; и другие. (Июль 2005 г.). «Протокол сбора и анализа данных ЯМР для высокопроизводительного определения структуры белка» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 102 (30): 10487–92. Bibcode : 2005PNAS..10210487L . DOI : 10.1073 / pnas.0504338102 . PMC 1180791 . PMID 16027363 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Т. Кевин Хитченс; Гордон С. Рул (2005). Основы ЯМР-спектроскопии белков (Фокус на структурной биологии) . Берлин: Springer. ISBN 978-1-4020-3499-2.
  • Куинси Тэн (2005). Структурная биология: практические приложения ЯМР . Берлин: Springer. Bibcode : 2005stbi.book ..... T . ISBN 978-0-387-24367-2.
  • Марк Рэнс; Кавана, Джон; Уэйн Дж. Фэйрбразер; Артур В. Хант III; Скелтон, Николас Дж. (2007). ЯМР-спектроскопия белков: принципы и практика (2-е изд.). Бостон: Academic Press. ISBN 978-0-12-164491-8.
  • Курт Вютрих (1986). ЯМР белков и нуклеиновых кислот . Нью-Йорк: Вили. ISBN 978-0-471-82893-8.

Внешние ссылки [ править ]

Библиотека ресурсов о
ядерной магнитно - резонансной спектроскопии белков
  • Ресурсы в вашей библиотеке
  • Ресурсы в других библиотеках
  • Стратегия на основе NOESY для назначения резонансов основной и боковой цепи больших белков без дейтерирования (протокол)
  • Relax Программное обеспечение для анализа динамики ЯМР
  • ProSA-web. Архивировано 11 мая 2011 г. в веб-сервисе Wayback Machine для распознавания ошибок в экспериментально или теоретически определенных белковых структурах.
  • Определение структуры белка на основе немногочисленных экспериментальных данных - вводная презентация
  • ЯМР белков Эксперименты по ЯМР белков