マジック・アングル・スピニング・NMRで再組みされたチオレドキシンの動態を研究した:異なる時間スケールのスナップショット
Jun Yang1, Maria Luisa Tasayco, Tatyana Polenova
1Department of Chemistry and Biochemistry, University of Delaware, Newark, Delaware 19716, USA.
Journal of the American Chemical Society
|September 10, 2009
まとめ
固体NMRは,分子転落なしにチオレドキシン内のタンパク質ダイナミクスを明らかにします. アルファヘリックスやベータシートよりも不規則な構造の動きが高く,異なる時間スケールでの動きを相関させています.
科学分野:
- バイオフィジックス 生物物理学
- 構造生物学 構造生物学とは
- 核磁共振 (NMR) スペクトロスコーピーは,核磁共振 (NMR) スペクトロスコーピーを用います.
背景:
- 固体NMRスペクトロスコピーは,タンパク質の動態を研究するための強力なツールです.
- タンパク質の内部運動は,全体的な分子転落から独立して調査することができます.
- ティオレドキシン (thioredoxin) は,酸化還元調節に関与する重要なタンパク質です.
研究 の 目的:
- 固体NMRを用いて,複数の時間スケールで再組みされたチオレドキシンの骨格動態を調査する.
- 異なる時間スケールで発生する運動を相関させ,溶液NMRおよび結晶学的データと比較する.
- タンパク質の構造と内部ダイナミクスの関係を理解する.
主な方法:
- 利用された微分濃縮された再組成型チオレドキシン (1-73(U-(13) C,(15) N)/74-108(U-(15) N)).
- 2Dおよび3Dのマジック・アングル・スピニング (MAS) NMR実験のシリーズを使用しました.
- 探査されたバックボーンアミド (15) N 縦緩, (1) H-(15) N 二極順序パラメータ, (15) N 化学シフトアニソトロピー (CSA),および信号強度.
主要な成果:
- ダイナミクス (ピコ秒からナノ秒のタイムスケール) のサイト間での有意な変動が観察され,スピン・ラットスのリラクゼーション率 (R) は0.012から0.64秒 (-1) であった.
- 決定された平均 (1) H-(15) N 二極秩序パラメータ
= 0.89 ± 0.06 と (15) N CSAアニソトロピーデルタ ((シグマ) = 92.3 ± 5.2 ppm. - アルファヘリックスとベータシートと比較して,不規則な二次構造の残留物においてより高い移動性を発見し,固体と溶液のNMR順序パラメータの間で同様の傾向を示した.
結論:
- 固体NMRは,タンパク質の動力学と,複数の時間スケールにおける運動の相関に関する洞察を提供します.
- 内部ダイナミクスは,二次構造要素の影響を受け,不規則な構造はより大きな柔軟性を発揮します.
- 結晶学的B因子との比較では,静的な乱れと内部運動からの貢献が区別されました.
関連する概念動画
Atomic Nuclei: Types of Nuclear Relaxation
Nuclear relaxation restores the equilibrium population imbalance and can occur via spin–lattice or spin–spin mechanisms, which are first-order exponential decay processes.
In spin–lattice or longitudinal relaxation, the excited spins exchange energy with the surrounding lattice as they return to the lower energy level. Among several mechanisms that contribute to spin–lattice relaxation, magnetic dipolar interactions are significant. Here, the excited nucleus transfers energy to a nearby...
In spin–lattice or longitudinal relaxation, the excited spins exchange energy with the surrounding lattice as they return to the lower energy level. Among several mechanisms that contribute to spin–lattice relaxation, magnetic dipolar interactions are significant. Here, the excited nucleus transfers energy to a nearby...
¹H NMR of Conformationally Flexible Molecules: Temporal Resolution
At room temperature, the chair conformer of cyclohexane undergoes rapid ring flipping between two equivalent chair conformers at a rate of approximately 105 times per second. These two chair conformers are in equilibrium. The rapid ring flipping results in the interconversion of the axial proton to an equatorial proton and an equatorial to the axial proton. Such interconversions are too rapid and cannot be detected on the NMR timescale. Hence, the NMR spectrometer cannot distinguish between the...
NMR Spectroscopy: Spin–Spin Coupling
The spin state of an NMR-active nucleus can have a slight effect on its immediate electronic environment. This effect propagates through the intervening bonds and affects the electronic environments of NMR-active nuclei up to three bonds away; occasionally, even farther. This phenomenon is called spin–spin coupling or J-coupling. Coupling interactions are mutual and result in small changes in the absorption frequencies of both nuclei involved. While nuclei of the same element are involved in...
Protein Dynamics in Living Cells
Different fluorescence-based techniques are used to study the protein dynamics in living cells. These techniques include FRAP, FRET, and PET.
Fluorescent recovery after photobleaching (FRAP) is a fluorescent-protein-based detection technique used to quantify protein movement rates within the cell. This method exposes a small portion of the cell to an intense laser beam. The laser beam causes permanent photobleaching of the fluorophore-tagged proteins in the exposed region. As the bleached...
Fluorescent recovery after photobleaching (FRAP) is a fluorescent-protein-based detection technique used to quantify protein movement rates within the cell. This method exposes a small portion of the cell to an intense laser beam. The laser beam causes permanent photobleaching of the fluorophore-tagged proteins in the exposed region. As the bleached...
Double Resonance Techniques: Overview
Double resonance techniques in Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy involve the simultaneous application of two different frequencies or radiofrequency pulses to manipulate and observe two distinct nuclear spins. One important application of double resonance is spin decoupling, which selectively suppresses coupling with one type of nucleus while observing the NMR signal from another nucleus, simplifying the spectrum and enhancing resolution.
Spin decoupling is usually achieved by...
Spin decoupling is usually achieved by...


