在20种常见的氨基酸中进行碳-13 NMR屏蔽:与蛋白质实验结果进行比较
Haihong Sun1, Lori K Sanders, Eric Oldfield
1Department of Biophysics and Chemistry, University of Illinois at Urbana-Champaign, 600 South Mathews Avenue, Urbana, Illinois 61801, USA.
量子化学方法准确地预测了氨基酸的碳-13同位变化和化学变化异位变化 (CSA). 这一进步有助于通过核磁共振 (NMR) 数据提炼蛋白质结构.
科学领域:
- 计算化学的计算化学
- 生物分子NMR光谱学 生物分子NMR光谱学
- 蛋白质结构分析 蛋白质结构分析
背景情况:
- 之前的研究报告了特定氨基酸的螺旋和板状结构之间的化学转移异构 (CSA) 跨度的显著差异.
- 溶液核磁共振 (NMR) 揭示了所有氨基酸中螺旋结构和板结构之间的CSA跨度的一致性,大差异,主要是由于张量方向变化.
研究的目的:
- 使用ab initio量子化学技术计算14种氨基酸的碳-13 (13C) 屏蔽表面.
- 调查二次结构对CSA的影响,并根据实验性NMR数据验证理论预测.
- 评估用于预测骨干和侧链13C化学转移的量子化学方法的准确性.
主要方法:
- 使用ab initio量子化学计算来确定常见形状的氨基酸的13C化学屏蔽张量.
- 分析了螺旋形和板形几何之间的CSA跨度 (Ω) 和CSA差异 (Δσ).
- 计算了calmodulin/M13和ubiquitin中的氨基酸的Δσ值,将理论结果与实验性NMR结构进行比较.
主要成果:
- 观察到大的CSA跨度 (≈34 ppm),螺旋和板残留之间的微小差异,与之前对β分支氨基酸的发现形成鲜明对比.
- 证明屏蔽张量方向的变化是二次结构之间观察到的CSA差异的主要驱动因素.
- 使用平均溶液NMR结构实现了ubiquitin计算和实验 Δσ 值之间的高一致 (2.7 ppm RMSD,R2=0.94).
- 表明侧链化学转移受到扭转角度 (例如, χ2) 的显著影响,各种蛋白质的理论和实验之间有很好的一致性.
结论:
- 量子化学方法可以准确地预测13C化学转移异构性 (CSA) 和蛋白质骨干和侧链的异构性转移.
- 计算的屏蔽张量方向信息对于准确预测CSA差异至关重要.
- 这些发现促进了使用NMR光谱学改进蛋白质结构的确定和精细化.
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