Language
Country/Area
No result found
Akurasi yang menakjubkan: Bagaimana indeks pergeseran kimia mengidentifikasi heliks alfa dan lembaran beta secara akurat?
Dalam penelitian biokimia dan biologi struktural, Chemical Shift Index (CSI) merupakan teknik yang banyak digunakan khususnya untuk menganalisis spektroskopi resonansi magnetik nuklir (NMR) protein. Teknik ini dapat memvisualisasikan dan mengidentifikasi lokasi (misalnya, posisi awal dan akhir) dan jenis (untai-β, heliks-α, dan daerah kumparan acak) struktur sekunder protein hanya dengan menggunakan data pergeseran kimia utama. David S. Wishart mulai mengembangkan teknik ini pada tahun 1992, awalnya berfokus pada analisis pergeseran kimia 1Hα dan pada tahun 1994 mengembangkannya untuk mencakup pergeseran kimia utama 13C.
Prinsip dasar metode ini adalah bahwa pergeseran kimia 1Hα biasanya bergeser ke atas dalam α-heliks (yaitu, ke kanan spektrum NMR) dan ke bawah dalam β-sheet (yaitu, ke kiri spektrum NMR). di sebelah kiri). Tren serupa juga dapat ditemukan dalam pergeseran kimia 13C dorsal.Inti dari teknologi indeks pergeseran kimia adalah memanfaatkan karakteristik perubahan pergeseran kimia residu asam amino dalam heliks-α dan lembaran-β.
Metode implementasi
Metode CSI adalah teknik berbasis grafik yang menggunakan filter digital khusus asam amino untuk mengubah setiap nilai pergeseran kimia tulang punggung yang ditetapkan menjadi indeks tiga keadaan sederhana (-1, 0, +1). Grafik yang dihasilkan oleh metode ini menjadi lebih jelas secara visual dan lebih mudah dipahami. Jika pergeseran kimia 1Hα ke atas dari residu asam amino (relatif terhadap nilai kumparan acak khusus asam aminonya) lebih besar dari 0,1 ppm, residu tersebut diberi nilai -1; jika penurunan lebih besar dari 0,1 ppm, maka diberi nilai +1; jika perubahan pergeseran kimia kurang dari 0,1 ppm, diberi nilai 0.
Dengan memetakan indeks tiga keadaan ini sebagai diagram batang, untaian β (kelompok dengan nilai +1), heliks α (kelompok dengan nilai -1), dan segmen kumparan acak (kelompok dengan nilai 0) dapat diidentifikasi dengan mudah.
Diagram seperti itu memudahkan identifikasi struktur sekunder protein. Saat mengidentifikasi jenis struktur sekunder, pengamatan sederhana dapat mengidentifikasi struktur seperti rantai β dan heliks α.
Evaluasi Kinerja
Hanya menggunakan pergeseran kimia 1Hα dan aturan pengelompokan sederhana (pengelompokan tiga atau lebih batang vertikal untuk untai-β dan empat atau lebih batang vertikal untuk heliks-α), struktur sekunder Akurasi pengenalan struktur biasanya antara 75% dan 80%. Kinerja ini sebagian bergantung pada kualitas kumpulan data NMR dan teknik (manual atau terprogram) yang digunakan untuk mengidentifikasi struktur sekunder protein.Dengan menggabungkan pola CSI pergeseran kimia 1H dan 13C, indeks komposit dihasilkan dengan akurasi 85% hingga 90%.
Seiring berjalannya penelitian, para ilmuwan menemukan bahwa tidak hanya ada korelasi antara pergeseran kimia heliks-α dan struktur sekunder, tetapi juga strukturf β-sheet juga menunjukkan perubahan pergeseran kimia tersebut.
Latar Belakang SejarahHubungan antara pergeseran kimia dan struktur sekunder protein pertama kali dijelaskan pada tahun 1967 oleh John Markley dan rekan-rekannya. Dengan perkembangan teknologi NMR dua dimensi modern, kini memungkinkan untuk mengukur lebih banyak pergeseran kimia protein. Pada tahun 1990-an, setelah mengumpulkan cukup banyak penetapan pergeseran kimia 13C dan 15N, para ilmuwan menemukan bahwa tren perubahan pergeseran kimia ini dapat memberikan dukungan yang kuat untuk pengembangan CSI.
Faktor Pembatas
Meskipun metode CSI memiliki kelebihan yang unik, metode ini juga memiliki beberapa keterbatasan. Kinerjanya terpengaruh ketika penetapan pergeseran kimia tidak lengkap atau salah. Yang lebih penting, metode ini cukup sensitif terhadap pilihan nilai koreksi kumparan acak. Secara umum, metode CSI berkinerja lebih baik dalam mengidentifikasi α-heliks (akurasi lebih dari 85%) daripada β-sheet (akurasi kurang dari 75%). Lebih jauh, metode ini gagal mengenali jenis struktur sekunder lainnya seperti β-turns.Karena kekurangan ini, banyak metode berbasis CSI alternatif telah diusulkan untuk menyediakan metode identifikasi struktur sekunder yang lebih komprehensif.
Ruang Lingkup Aplikasi
Sejak pertama kali dijelaskan pada tahun 1992, metode CSI telah digunakan untuk mengkarakterisasi struktur sekunder dari ribuan peptida dan protein. Metode ini populer di komunitas ilmiah karena mudah dipahami dan dapat diimplementasikan tanpa program komputasi khusus. Banyak program pemrosesan data NMR yang umum digunakan, seperti NMRView dan berbagai server web, telah memasukkan metode CSI ke dalam kerangka kerja alat ini untuk mempromosikan aplikasinya.
Metode ini memiliki prospek aplikasi yang luas dalam penelitian protein. Metode ini tidak hanya terbatas pada identifikasi struktur sekunder, tetapi juga dapat lebih jauh mempromosikan pemahaman dan eksplorasi kita tentang fungsi protein. Jika melihat ke masa depan, dapatkah teknologi baru dikembangkan untuk mengatasi kekurangan metode CSI?
