Химиялық ауысым индексі - Chemical shift index

Химиялық ауысым индексінің мысалы

The химиялық ауысу индексі немесе CSI - бұл кеңінен қолданылатын техника ақуыздық магниттік-резонанстық спектроскопия ол орналасқан жерді (яғни басталу және аяқталу), сондай-ақ түрін көрсету және анықтау үшін қолданыла алады ақуыздың екінші құрылымы (бета жіптері, спиральдар және кездейсоқ катушкалар аймақтары) белоктарда тек омыртқаны қолданады химиялық ауысым деректер [1][2] Техниканы ойлап тапқан Доктор Дэвид Вишарт талдау үшін 1992 ж 1Hα химиялық ығысулар, содан кейін оны 1994 жылы енгізу үшін кеңейтті 13Магистраль ауысады. CSI-дің түпнұсқа әдісі фактіні пайдаланады 1Аминоқышқылдар қалдықтарының Hα химиялық ығысулары спиральдар олардың кездейсоқ катушкалар мәндеріне қатысты жоғары қарай (яғни NMR спектрінің оң жағына қарай) ығысуға ұмтылады және төмен қарай (яғни NMR спектрінің сол жағына қарай) бета жолдары. Ұқсас / төменге шығарылған тенденциялардың ұқсас түрлері магистральда да анықталады 13С химиялық ығысулар.

Іске асыру

CSI - бұл барлық аминқышқылдарының химиялық ауысу мәндерін қарапайым үш күйлі (-1, 0, +1) индекске айналдыру үшін аминқышқылына тән цифрлық сүзгіні қолданатын графикалық әдіс. Бұл тәсіл ақуыздың химиялық ауысу мәндерінің оңай түсінетін және көрнекі жағымды графигін жасайды. Атап айтқанда, егер жоғары деңгей 1Белгілі бір қалдықтың Hα химиялық ығысуы (аминқышқылына тән кездейсоқ катушка шамасына қатысты)> 0,1 ppm құрайды, содан кейін аминқышқылының қалдықтарына -1 мәні беріледі. Сол сияқты, егер төмен түсетін болса 1Белгілі бір аминқышқылының қалдықтарының Hα ығысуы> 0,1 промилле, содан кейін бұл қалдыққа +1 мәні беріледі. Егер амин қышқылының қалдықтары химиялық ауысым төменге немесе жоғары деңгейге жеткілікті мөлшерде ауыстырылмайды (яғни <0,1 промилл), оған 0 мәні беріледі, егер осы 3-күй индексі ақуыздар тізбегінің толық ұзындығына штрих-график түрінде салынған болса, қарапайым тексеру мүмкін болады бета жолдарын (+1 мәндерінің кластері), альфа-спиральдарды (-1 мәндерінің кластері) және кездейсоқ катушкалар сегменттерін (0 мәндерінің кластерлері) анықтау үшін. CSI есептеулері үшін аминқышқылына тән кездейсоқ катушкалар химиялық ауысымдарының тізімі 1-кестеде келтірілген. Кішкентай ақуызға арналған CSI графигінің мысалы 1-суретте көрсетілген, стрелкалары бета тізбектерінің орналасуын көрсететін қара жолақтардың үстінде орналасқан. және спиральдың орналасуын көрсететін тікбұрышты қорап.

Кесте 1. CSI қалдықтарына тән 1Hα катушкаларының кездейсоқ жылжуы
Амин қышқылы1Hα катушкаларының кездейсоқ жылжуы (ppm)Амин қышқылы1Hα RC ауысымының кездейсоқ жылжуы (ppm)
Ала (А)4.35Кездесті (М)4.52
Cys (C)4.65Asn (N)4.75
Асп (D)4.76Pro (P)4.44
Желім)4.29Gln (Q)4.37
Phe (F)4.66Арг (R)4.38
Gly (G)3.97Сер (S)4.50
Оның (H)4.63Thr (T)4.35
Іле (I)3.95Val (V)3.95
Лис (К)4.36TRP (W)4.70
Леу (L)4.17Tyr (Y)4.60

Өнімділік

Тек пайдалану 1Hα химиялық ығысу және қарапайым кластерлік ережелер (альфа-спиральға арналған бета-жіптерге арналған 3 немесе одан көп тік шыбықтар және 4 немесе одан да көп штангалар шоғыры), CSI әдетте екінші ретті құрылымдарды анықтауда 75-80% дәлдікке ие.[2][3][4][5] Бұл өнімділік ішінара NMR деректер жиынтығының сапасына, сондай-ақ ақуыздың екінші құрылымын анықтау үшін қолданылатын әдіске (қолмен немесе бағдарламалық) байланысты. Жоғарыда атап өткендей, жоғары / төмен химиялық ығысуды өзгертетін фильтрлейтін CSI әдісі бойынша консенсус 13Cα, 13Cβ және 13C 'атомдары ұқсас 1Hα ауысымдары да дамыды.[2] CSI консенсусы магистральдан алынған CSI сызбаларын біріктіреді 1H және 13Бір химиялық CSI сюжетін құру үшін химиялық ығысулар. Ол 85-90% дейін дәл болуы мүмкін.[5]

Тарих

Ақуыздың химиялық ауысуы мен ақуыздың екінші құрылымы арасындағы байланысты (әсіресе альфа-спиральдар) сипаттаған Джон Маркли және әріптестері 1967 ж.[6] Заманауи 2-өлшемді ЯМР техникасын дамыта отырып, ақуыздың химиялық ауысуын көбірек өлшеуге мүмкіндік туды. 1980 жылдардың басында пептидтер мен ақуыздар көп бөлінгендіктен, аминқышқылдарының химиялық ауысулары тек спираль конформацияларына ғана емес, сонымен қатар β-тізбекті конформацияларға да сезімтал екендігі айқын болды. Нақтырақ айтқанда, екінші реттік 1Барлық амин қышқылдарының Hα химиялық ығысулары спираль түзілуінің айқын тенденциясын және β-парақтың түзілуінің айқын тенденциясын көрсетеді.[7][8] 1990 жылдардың басында жеткілікті орган 13C және 15Пептидтер мен белоктарға арналған химиялық ауысымның тапсырмалары жиналды, бұл жоғары / төмен бағыттағы тенденциялар барлық омыртқа үшін айқын болды 13Cα, 13Cβ, 13C ', 1HN және 15N (әлсіз) химиялық ығысулар.[9][10] Химиялық ығысу индексін жасау кезінде дәл осы таңқаларлық химиялық ауысым тенденциялары пайдаланылды.

Шектеулер

CSI әдісі кейбір кемшіліктерден кенде емес. Атап айтқанда, егер химиялық ауысым бойынша тапсырма берілсе, оның өнімділігі төмендейді қате сілтеме жасалған немесе толық емес. Екінші ауысымдарды есептеу үшін қолданылатын кездейсоқ катушкалар жылжуын таңдауға да сезімтал[5] және әдетте альфа спиральдарды анықтайды (> 85% дәлдік) бета жолдарынан гөрі (<75% дәлдік) кездейсоқ катушкалардың ауысуына қарамастан.[5] Сонымен қатар, CSI әдісі екінші ретті құрылымдардың басқа түрлерін, мысалы, β-бұрылыстарды анықтамайды. Осы кемшіліктерге байланысты CSI-ге ұқсас бірнеше балама тәсілдер ұсынылды. Оларға мыналар кіреді: 1) статистикалық алынған ығысу / құрылым потенциалын қолданатын болжам әдісі (PECAN);[11] 2) қайталама құрылымды сәйкестендірудің ықтимал тәсілі (PSSI);[12] 3) дәйектілік және химиялық ауысым туралы мәліметтерден (PsiCSI) құрылымның қайталама болжамдарын біріктіретін әдіс,[13] 4) алдын-ала көрсетілген химиялық ығысу сызбаларын (PLATON) қолданатын құрылымды сәйкестендірудің екінші тәсілі[14] және 5) екі өлшемді кластерлік талдау 2DCSi ретінде белгілі әдіс.[15] Осы жаңа әдістердің өнімділігі бастапқы CSI әдісіне қарағанда сәл жақсырақ (2-4%).

Утилита

1992 жылы өзінің алғашқы сипаттамасынан бастап CSI әдісі мыңдаған пептидтер мен ақуыздардың қайталама құрылымын сипаттау үшін қолданылады. Оның танымалдылығы көбіне оны түсіну оңай және мамандандырылған компьютерлік бағдарламаларсыз іске асыруға болатындығына байланысты. CSI әдісін қолмен оңай орындауға болатындығына қарамастан, NMRView сияқты деректерді өңдейтін NMR бағдарламаларының саны,[16] Сияқты NMR құрылымын құру веб-серверлері CS23D[17] сияқты әр түрлі NMR деректерін талдау веб-серверлері RCI,[18] Жыртқыш[19] және PANAV [20] бағдарламалық жасақтамаға CSI әдісін енгізді.

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Wishart DS, Sykes BD, Richards FM (ақпан 1992). «Химиялық ығысу индексі: НМР спектроскопиясы арқылы ақуыздың екінші құрылымын тағайындаудың жылдам және қарапайым әдісі». Биохимия. 31 (6): 1647–51. CiteSeerX  10.1.1.539.2952. дои:10.1021 / bi00121a010. PMID  1737021.
  2. ^ а б c Уишарт, Дэвид С .; Сайкс, Брайан Д. (1994). «The 13C Химиялық ауысым индексі: ақуыздың екінші құрылымын анықтаудың қарапайым әдісі 13С химиялық ауысым туралы мәліметтер ». Биомолекулалық ЯМР журналы. 4 (2): 171–80. дои:10.1007 / BF00175245. PMID  8019132.
  3. ^ Wishart DS, Case DA (2001). «Макромолекулалық құрылымды анықтауда химиялық ауысуларды қолдану». Биологиялық макромолекулалардың ядролық магниттік резонансы А бөлімі. Фермологиядағы әдістер. 338. 3-34 бет. дои:10.1016 / s0076-6879 (02) 38214-4. ISBN  9780121822392. PMID  11460554.
  4. ^ Mielke SP, Кришнан В.В. (сәуір 2009). «НМР химиялық ауысуларынан ақуыздың екінші құрылымының сипаттамасы». Ядролық магниттік-резонанстық спектроскопиядағы прогресс. 54 (3–4): 141–165. дои:10.1016 / j.pnmrs.2008.06.002. PMC  2766081. PMID  20160946.
  5. ^ а б c г. Wishart DS (2011 ж. Ақпан). «Ақуыздың химиялық ауысуы туралы мәліметтерді түсіндіру». Ядролық магниттік-резонанстық спектроскопиядағы прогресс. 58 (1–2): 62–87. дои:10.1016 / j.pnmrs.2010.07.004. PMID  21241884.
  6. ^ Markley JL, Meadows DH, Джардетский О (1967 ж. Шілде). «Полиамин қышқылдарындағы спираль-катушкалардың ауысуын ядролық магниттік-резонанстық зерттеу». Молекулалық биология журналы. 27 (1): 25–40. дои:10.1016 / 0022-2836 (67) 90349-X. PMID  6033611.
  7. ^ Клэйден, Н.Ж.; Уильямс, RJP (1982). «Пептидтік топтың ауысуы». Магниттік резонанс журналы. 49 (3): 383. Бибкод:1982JMagR..49..383C. дои:10.1016/0022-2364(82)90252-9.
  8. ^ Парди А, Вагнер Г, Вютрих К (желтоқсан 1983). «Протеиндердің конформациясы және протонның ядролық-магниттік-резонанстық химиялық ауысуы». Еуропалық биохимия журналы. 137 (3): 445–54. дои:10.1111 / j.1432-1033.1983.tb07848.x. PMID  6198174.
  9. ^ Wishart DS, Sykes BD, Richards FM (қараша 1991). «Ядролық магниттік-резонанстық химиялық ауысым мен ақуыздың екінші құрылымы арасындағы байланыс». Молекулалық биология журналы. 222 (2): 311–33. дои:10.1016 / 0022-2836 (91) 90214-Q. PMID  1960729.
  10. ^ Спера, Сильвия; Bax, Ad (1991). «Белоктық омыртқаның конформациясы мен Cα мен Cβ арасындағы эмпирикалық корреляция 13C ядролық магниттік-резонанстық химиялық ауысулар ». Американдық химия қоғамының журналы. 113 (14): 5490–2. дои:10.1021 / ja00014a071. INIST:5389018.
  11. ^ Eghbalnia HR, Wang L, Bahrami A, Assadi A, Markley JL (мамыр 2005). «NMR химиялық ауысымынан ақуызды энергетикалық конформатикалық талдау (PECAN) және оны екінші реттік құрылымдық элементтерді анықтауда қолдану». Биомолекулалық ЯМР журналы. 32 (1): 71–81. дои:10.1007 / s10858-005-5705-1. PMID  16041485.
  12. ^ Ван Ю, Джардетский О (сәуір 2002). «Біріктірілген NMR химиялық ауысымының мәліметтерін қолдана отырып, ықтималдыққа негізделген ақуыздың екінші құрылымын идентификациялау». Ақуыздар туралы ғылым. 11 (4): 852–61. дои:10.1110 / ps.3180102. PMC  2373532. PMID  11910028.
  13. ^ Hung LH, Samudrala R (ақпан 2003). «PsiCSI көмегімен ақуыздың екінші құрылымының дәл және автоматтандырылған классификациясы». Ақуыздар туралы ғылым. 12 (2): 288–95. дои:10.1110 / ps.0222303. PMC  2312422. PMID  12538892.
  14. ^ Лабудде Д, Лейтнер Д, Крюгер М, Ощкинат Н (қаңтар 2003). «Химиялық ауысуларды қолдана отырып, аминқышқылдарының ақуыздардағы (ПЛАТОН) екіншілік құрылымымен типтерін болжау алгоритмі». Биомолекулалық ЯМР журналы. 25 (1): 41–53. дои:10.1023 / A: 1021952400388. PMID  12566998.
  15. ^ Ванг CC, Чен Дж.Х., Лай WC, Чуанг В.Ж. (мамыр 2007). «2DCSi: NMR химиялық ауысуларының 2D кластерлік анализін қолдану арқылы ақуыздың екінші реттік құрылымын және тотығу-тотықсыздану күйін анықтау». Биомолекулалық ЯМР журналы. 38 (1): 57–63. дои:10.1007 / s10858-007-9146-x. PMID  17333485.
  16. ^ Джонсон Б.А., Блевинс Р.А. (қыркүйек 1994). «NMR View: NMR деректерін визуализациялауға және талдауға арналған компьютерлік бағдарлама». Биомолекулалық ЯМР журналы. 4 (5): 603–14. дои:10.1007 / BF00404272. PMID  22911360.
  17. ^ Wishart DS, Arndt D, Berjanskii M, Tang P, Zhou J, Lin G (шілде 2008). «CS23D: NMR химиялық ауысымдары мен дәйектілік деректерін қолданатын ақуыз құрылымын жылдам генерациялауға арналған веб-сервер». Нуклеин қышқылдарын зерттеу. 36 (Веб-сервер мәселесі): W496–502. дои:10.1093 / nar / gkn305. PMC  2447725. PMID  18515350.
  18. ^ Бержанский М.В., Вишарт DS (шілде 2007). «RCI сервері: химиялық ауысуларды қолдана отырып ақуыздың икемділігін жылдам және дәл есептеу». Нуклеин қышқылдарын зерттеу. 35 (Веб-сервер мәселесі): W531–7. дои:10.1093 / nar / gkm328. PMC  1933179. PMID  17485469.
  19. ^ Berjanskii MV, Neal S, Wishart DS (шілде 2006). «PREDITOR: ақуыздардың бұралу бұрыштарының шектеулерін болжауға арналған веб-сервер». Нуклеин қышқылдарын зерттеу. 34 (Веб-сервер мәселесі): W63–9. дои:10.1093 / nar / gkl341. PMC  1538894. PMID  16845087.
  20. ^ Ванг Б, Ванг Й, Вишарт DS (маусым 2010). «NMR химиялық ауысымына арналған ақуызды ақуызды растаудың ықтимал тәсілі». Биомолекулалық ЯМР журналы. 47 (2): 85–99. дои:10.1007 / s10858-010-9407-ж. PMID  20446018.

Сыртқы сілтемелер