Language
Country/Area
No result found
Удивительная точность: как индекс химического сдвига точно определяет альфа-спирали и бета-листы?
В исследованиях в области биохимии и структурной биологии индекс химического сдвига (CSI) является широко используемым методом, специально предназначенным для анализа спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) белков. Этот метод позволяет визуализировать и идентифицировать участки (например, начальные и конечные положения) и типы (β-цепи, α-спирали и случайные области спирали) вторичных структур белка, используя только данные о химическом сдвиге основной цепи. Дэвид С. Уишарт начал разрабатывать эту методику в 1992 году, первоначально сосредоточившись на анализе химических сдвигов 1Hα, а в 1994 году расширив ее, включив в нее химические сдвиги основной цепи 13C.
Основной принцип этого метода заключается в том, что химический сдвиг 1Hα обычно смещен вверх в α-спиралях (т. е. вправо от спектра ЯМР) и вниз в β-слоях (т. е. влево от спектра ЯМР). слева). Аналогичные тенденции можно обнаружить и в дорсальных химических сдвигах 13C.Основа технологии индекса химического сдвига заключается в том, что она использует характеристики изменений химического сдвига аминокислотных остатков в α-спирали и β-слое.
Методы реализации
Метод CSI представляет собой графическую технологию, которая использует цифровые фильтры, специфичные для аминокислот, для преобразования каждого присвоенного значения химического сдвига основной цепи в простой трехуровневый индекс (-1, 0, +1). Диаграммы, созданные с помощью этого метода, становятся более наглядными и понятными. Если сдвиг вверх 1Hα химического остатка аминокислоты (относительно значения его случайной катушки, специфичной для аминокислоты) был больше 0,1 ppm, то остатку присваивалось значение -1; если сдвиг вниз был больше 0,1 ppm, то ему присваивалось значение -1. присваивается значение + 1; если изменение химического сдвига составляет менее 0,1 ppm, ему присваивается значение 0.
Построив этот трехуровневый индекс в виде столбчатой диаграммы, можно легко выделить β-цепи (кластеры значений +1), α-спирали (кластеры значений -1) и случайные сегменты катушек (кластеры значений 0). идентифицированы.
Такие диаграммы облегчают определение вторичной структуры белка. При определении типов вторичных структур простое наблюдение может идентифицировать такие структуры, как β-цепи и α-спирали.
Оценка эффективности
Используя только химические сдвиги 1Hα и простые правила кластеризации (кластеры из трех или более вертикальных полос для β-нитей и четырех или более вертикальных полос для α-спиралей), вторичная точность распознавания структуры обычно составляет от 75% до 80%. Эта эффективность частично зависит от качества набора данных ЯМР и метода (ручного или программного), используемого для определения вторичной структуры белка.Объединяя шаблоны CSI химических сдвигов 1H и 13C, генерируется составной индекс с точностью от 85% до 90%.
По мере продвижения исследований ученые обнаружили, что существует не только корреляция между химическим сдвигом α-спирали и вторичной структурой, но и структура β-слоя также демонстрирует подобные изменения химического сдвига. Историческая справка
Связь между химическим сдвигом и вторичной структурой белка была впервые описана в 1967 году Джоном Маркли и его коллегами. С развитием современной технологии двумерного ЯМР стало возможным измерять больше химических сдвигов белков. К 1990-м годам, собрав достаточно данных о химических сдвигах 13C и 15N, ученые обнаружили, что тенденции изменений этих химических сдвигов могут оказать весомую поддержку разработке CSI.
Ограничивающие факторы
Хотя метод CSI имеет свои уникальные преимущества, он также имеет некоторые ограничения. Его производительность снижается, если определение химических сдвигов неполное или ошибочное. Что еще более важно, метод весьма чувствителен к выбору случайного значения коррекции катушки. В целом метод CSI показал лучшие результаты при идентификации α-спиралей (точность более 85%), чем β-слоев (точность менее 75%). Более того, он не распознает другие типы вторичных структур, такие как β-изгибы.Из-за этих недостатков было предложено множество альтернативных методов на основе CSI, которые обеспечивают более комплексные методы идентификации вторичной структуры.
Область применения
С момента своего первого описания в 1992 году метод CSI использовался для характеристики вторичной структуры тысяч пептидов и белков. Он популярен в научном сообществе, поскольку его легко понять и можно реализовать без специализированных вычислительных программ. Многие широко используемые программы обработки данных ЯМР, такие как NMRView и различные веб-серверы, включили методы CSI в свои инструментальные среды для продвижения их применения.
Этот метод имеет широкие перспективы применения в исследовании белков. Он не ограничивается только идентификацией вторичных структур, но может также способствовать дальнейшему пониманию и исследованию функций белков. Заглядывая в будущее, можно ли разработать новые технологии, которые компенсируют недостатки метода CSI?
