NMR a peptid- és fehérje-kutatásban

NMR a peptid- és fehérje-kutatásban

A PDB adatbázisban megtalálható NMR alapú fehérjeszerkezetek számának alakulása az elmúlt évek során 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1987 1988 1989 1990 1991 1992 PDB = protein data bank 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Kémiai Nobel-díj 2002 Kurt Wüthrich "for the development of methods for identification and structure analyses of biological macromolecules"

NMR spektrum spinrendszerek sa spinrendszerek szekvenciális rendezése kényszerfeltételek telek alapján szerkezetszámol molás

1. spinrendszerek sa 2. spinrendszerek szekvenciális rendezése 3. kényszerfeltételek telek alapján szerkezetszámol molás

spinrendszerek sa Homonukleáris eljárás (homonukleáris 3 J, M<8kDa) ( 1 H- 1 H COSY, 1 H- 1 H RELAY, 1 H- 1 H TOCSY ) Heteronukleáris eljárás (heteronukleáris 1 J, 2 J, 3 J) 15 N-szerkesztés (M <15kDa) ( 1 H- 15 N TOCSY-HSQC, 1 H- 15 N NOESY-HSQC ) 15 N, 13 C-szerkesztés (M <20kDa) (HNCA, HNCOCA,.) 15 N, 13 C-szerkesztés ( 2 H) (M <30kDa)

spinrendszerek sa Peptidekben és s a fehérj rjékben az aminosavak hidrogénatomjai elkülönülő spinrendszereket alkotnak 3 J Ala Ser Glu Gly Phe Cys

spinrendszerek sa 1 H-spektrum I S -I y és -S y és I x sin(ω I t 1 ) S x sin(ω S t 1 ) Ω I Ω S F1(ppm) A spektrumban a J IS okozta modulációtól eltekintünk

spinrendszerek sa Egy ~17 kda globuláris fehérje 1 H-spektruma H 2 O/D 2 O 9/1, T=300K, c 1mM 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 (ppm) 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0

spinrendszerek sa 1 H- 1 H TOCSY protonok teljes korrelációját létrehozó spektrum I NH H γ1 Hγ2 γ2 H α S 1 S 2 H β 3S H 4 γ1 H3S γ2 3 I y K H α H β F 1 (ppm) ΣS kx β od sin(ω I t 1 )cos(ω S t 2 ) k=1 diagonális jelek diagonálison kívüli jelek NH β od = diagonálison F 2 (ppm) kívüli intenzitások A spektrumban a J IS okozta modulációtól eltekintünk

spinrendszerek sa Fehérje modul 1 H- 1 H TOCSY spektruma

spinrendszerek sa 15 N-szerkesztéssel 3D-TOCSY-HSQC 2I z β od cos(ω K t 1 ) 2I z cos(ω I t 1 ) I x β od cos(ω K t 1 )cos(ω N t 2 ) I x β od sin(ω I t 3 ) cos(ω N t 2 ) cos(ω K t 1 ) -I y N K I Ω NH Ω H 2I z N y β od cos(ω K t 1 ) 2I z N y β od cos(ω K t 1 )cos(ω N t 2 ) Ω N β od = off diagonális intenzitás A J IK okozta modulációtól eltekintünk

spinrendszerek sa 15 N-szerkesztett TOCSY spektrum 1 H- 1 H TOCSY amid NH (ujjlenyomat) tartománya Homonukleáris 2D TOCSY

spinrendszerek sa 15 N-szerkesztett 2D TOCSY 1 H 1 H- 1 H TOCSYamid NH (ujjlenyomat) tartománya 1 H 15 N 1 H- 15 N 3D TOCSY-HSQC csíkok EVTCEPGTTFKDKCNTCRCGSDGKSAACTLKACPQ

spinrendszerek sa 15 N, 13 C-szerkesztéssel 3D-HNCA -H y H x cos(ω N t 1 ) cos(ω Cα(i) t 2 ) cos(ω H t 3 ) és H x cos(ω N t 1 ) cos(ωc α(i-1) t 2 ) cos(ω H t 3 ) Ω Cα(i) C α(i-1) N C α(i) Ω Cα(i-1 H Ω NH Ω N A skaláris csatolás okozta modulációktól eltekintünk

(AMX) Ser (AX) Gly 1. spinrendszerek sa (A 3 X) Ala (A 2 M 2 X) Glu 2. spinrendszerek szekvenciális rendezése 3. kényszerfeltételek telek alapján szerkezetszámol molás

A szekvenciális hozzárendel rendelés és s a szerkezetszámol molás s alapja a nukláris Overhauser- effektus (NOE) 6Å (NOE) Távolság jellegű adatok

spinrendszerek szekvenciális rendezése A spinrendszereks szekvenciális rendezését biztosító H α i-1-h NH i NOE-k Ala Ser Glu Gly Phe Cys

spinrendszerek szekvenciális rendezése Ala Glu Ser A szekvenciális hozzárendel rendelés Phe Gly Cys Ala Ser Glu Gly Phe Cys

(AMX) Ser (AX) Gly 1. spinrendszerek sa (A 3 X) Ala (A 2 M 2 X) Glu 2. spinrendszerek szekvenciális rendezése - Ala Ser Glu - Gly - 3. kényszerfeltételek telek alapján szerkezetszámol molás

szerkezetszámol molás Fehérje modul 1 H- 1 H NOESY spektruma

Fehérjék NMR-szerkezetvizsgálata Kurt Wüthrich (ETH, Zürich) OmpX bakteriális membránfehérje térszerkezete Mozgékony szekvenciarésszel rendelkező prion fehérje

Biomolekulák dinamikai vizsgálata GCN4 élesztő transzkripciós faktor gerinc-dinamikájának vizsgálata Arthur G. Palmer III (Columbia University)

Fehérje feltekeredés vizsgálatok (ns és ms időskálán) Alan Fersht (Cambridge University)

A proteomika és a szerkezeti genomika korában az Kösz NMR-spektroszkópia szönöm m megtisztelő jelentősége figyelmüket tovább ket! nő! És ha nem láthatunk már többet, szálljon tovább a képzeletünk. Képzeletünk elfáradt, de a természet kimeríthetetlenül gazdag marad PASCAL: Gondolatok

A részletesebb és s a csatolási si tényezt nyezőt t is tartalmazó képek

spinrendszerek sa Egy ~17 kda globuláris fehérje 1 H-spektruma H 2 O/D 2 O 9/1, T=300K, c 1mM amid aromás H α alifás metil 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 (ppm) 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0

spinrendszerek sa I 1 H- 1 H COSY (homonukleáris korrelációs spektrum) 2I z S y sin(ω I t 1 ) S Ω S I y S x sin(ω I t 1 )cos(ω S t 2 ) Ω I 2I y S z sin(ω I t 1 ) Ω I Ω S

spinrendszerek sa 1 H- 1 H COSY NH Hγ2 γ2 H α H γ1 H β H β H γ1 H γ2 H α F 1 (ppm) Ω S NH Ω I Ω I Ω S F 2 (ppm) A spektrumban a J IS okozta modulációtól eltekintünk

1 H- 1 H COSY (homonukleáris korrelációs spektrum) J IS 8±6Hz I 2I z S y sin(ω I t 1 )sin(πj IS t 1 ) S Ω S I x S x sin(ω I t 1 )sin(πj IS t 1 ) cos(ω S t 2 )sin(πj IS t 2 ) Ω I 2I y S z sin(ω I t 1 )sin(πj IS t 1 ) Ω I Ω S

2I z cos(ω I t 1 )cos(πj IK t 1 ) I x a II cos(ω I t 1 ) cos(πj IK t 1 )cos(ω N t 2 ) és I x a IK cos(ω K t 1 )cos(πj IK t 1 )cos(ω N t 2 ) 3D-NOESY-HSQC I x a IK cos(ω K t 1 )cos(πj IK t 1 ) sin(ω I t 3 )cos(πj IK t 3 ) cos(ω N t 2 ) I z 2I z a II cos(ω I t 1 )cos(πj IK t 1 ) és 2I z a IK cos(ω K t 1 )cos(πj IK t 1 ) 2I z N y a II cos(ω I t 1 )cos(πj IK t 1 ) és 2I z N y a IK cos(ω K t 1 )cos(πj IK t 1 ) 2I z N y a II cos(ω I t 1 ) cos(πj IK t 1 )cos(ω N t 2 ) és 2I z N y a IK cos(ω K t 1 )cos(πj IK t 1 )cos(ω N t 2 )

spinrendszerek azonos Heteronukleáris sa egyszeres-kvantum koherencia spektrum HSQC = Heteronuclear Single-Quantum Coherence 1,1 J~90Hz H z Ω N -2H z N y +2H z N y cos(ω N t 1 ) H x cos(ω N t 1 ) H x cos(ω N t 1 )cos(ω H t 2 ) Ω H

spinrendszerek sa 3D-NOESY-HSQC

2I z cos(ω I t 1 ) I x a IK cos(ω K t 1 )cos(ω N t 2 ) I x a IK cos(ω K t 1 ) sin(ω I t 3 ) cos(ω N t 2 ) 3D-NOESY-HSQC I z 2I z a IK cos(ω K t 1 ) 2I z N y a IK cos(ω K t 1 )cos(ω N t 2 ) 2I z N y a IK cos(ω K t 1 ) A J Ik okozta modulációtól eltekintünk

spinrendszerek sa 2H z N x C α(i-1) z cos(ω N t 1 ) és 2H z N x C α(i) 3D-NHCA z cos(ω N t 1 ) 2H z N y cos(ω N t 1 ) H z H x cos(ω N t 1 ) cos(ω Cα(i) t 2 ) cos(ω H t 3 ) és H x cos(ω N t 1 ) cos(ωc α(i-1) t 2 ) cos(ω H t 3 ) 2H z N y Ω Cα(i) C α(i- 1) H N C α(i) 2H y N x C y α(i-1) cos(ω N t 1 ) és 2H y N x C y α(i) cos(ω N t 1 ) 2H y N x C α(i-1) y cos(ω N t 1 ) cos(ω Cα(i) t 2 ) és 2H y N x C α(i) y cos(ω N t 1 ) cos(ωc α(i-1) t 2 ) Ω NH Ω Cα(i-1 Ω N A skaláris csatolás okozta modulációktól eltekintünk