Page 74 - Perdih, Andrej, Katja Lakota, Alja Prah. 2020. Strukture bioloških molekul. Univerzitetni učbenik z recenzijo in navodila za vaje. Koper: Založba Univerze na Primorskem.
P. 74
andrej perdih, katja lakota, alja prah
ovrednoti, ali so konformacije strukture dovoljene in identificira elemente sekundarne
strukture.
V preteklosti so bile strukture, določene z NMR, na splošno slabše kakovosti od tistih, ki so bile
določene z rentgensko difrakcijo. Deloma je to posledica manjše količine informacij, ki jih
vsebujejo podatki, ki jih pridobimo z NMR spektroskopijo. Zaradi tega je postala običajna praksa
ugotavljanja kakovosti družin proteinskih konformacij pridobljenih z NMR primerjava s 3D
strukturo tega proteina, ki je določena z rentgensko difrakcijo. Žal za mnoge proteine struktura,
rešena s to metodo, še ne obstaja. Prav tako so proteini v raztopini fleksibilne molekule, zato
lahko kristalna struktura proteina, ki je statična, premalo natančno opiše to fleksibilnost, ki jo
lahko detektiramo z NMR eksperimenti. Pri primerjavi struktur določenih s kristalografijo in
tistih, določenih z NMR spektroskopijo velja poudariti, da kristalno polje zmanjša fleksibilnost
proteina. Pri validaciji proteinskih struktur uporabljamo več programov, kot sta PROCHECK in
WHAT IF, ki temeljita na statističnih metodah, medtem ko drugi programi temeljijo na fizikalnih
principih, kot program CheShift ali pa na mešanici obeh - program PSVS.
Z NMR eksperimenti lahko študiramo tudi dinamiko proteina. Med NMR eksperimenti se, tako
kot pri drugih spektroskopskih tehnikah, zgodijo tudi procesi prenosa energije, in zato lahko
merimo relaksacijske čase, ki jih posamezno jedro potrebuje, da se vrne v svojo izhodno stanje.
NMR relaksacija se dogaja preko dveh procesov: to sta spin-spin relaksacija in spin-mrežna
relaksacija, ki sta povezani z dvema hitrostnima konstantama T1 in T2. Če te konstante
izmerimo, lahko pridobimo podatke o internih gibanjih znotraj molekule in identificiramo
fleksibilne regije, ki so pomembne za funkcijo proteina.
NMR metodo lahko uporabljamo tudi za študij interakcij proteinov z drugimi molekulami, kot
so npr. proteini, nukleinske kisline, peptidi in organske molekule-ligandi. Pri teh študijah
primerjamo spremembe kemijskih premikov in relaksacijskih časov pred in po interakciji z
drugo molekulo. S tem lahko npr. identificiramo interakcijske površine med (bio)molekulama.
Prav tako lahko s spremembami kemijskih premikov pri vezavi majhnih organskih molekul
identificiramo nove ligande ali fragmente, ki so primerni, za razvoj novih zdravilnih učinkovin,
če je protein npr. pomembna terapevtska tarča.
74
ovrednoti, ali so konformacije strukture dovoljene in identificira elemente sekundarne
strukture.
V preteklosti so bile strukture, določene z NMR, na splošno slabše kakovosti od tistih, ki so bile
določene z rentgensko difrakcijo. Deloma je to posledica manjše količine informacij, ki jih
vsebujejo podatki, ki jih pridobimo z NMR spektroskopijo. Zaradi tega je postala običajna praksa
ugotavljanja kakovosti družin proteinskih konformacij pridobljenih z NMR primerjava s 3D
strukturo tega proteina, ki je določena z rentgensko difrakcijo. Žal za mnoge proteine struktura,
rešena s to metodo, še ne obstaja. Prav tako so proteini v raztopini fleksibilne molekule, zato
lahko kristalna struktura proteina, ki je statična, premalo natančno opiše to fleksibilnost, ki jo
lahko detektiramo z NMR eksperimenti. Pri primerjavi struktur določenih s kristalografijo in
tistih, določenih z NMR spektroskopijo velja poudariti, da kristalno polje zmanjša fleksibilnost
proteina. Pri validaciji proteinskih struktur uporabljamo več programov, kot sta PROCHECK in
WHAT IF, ki temeljita na statističnih metodah, medtem ko drugi programi temeljijo na fizikalnih
principih, kot program CheShift ali pa na mešanici obeh - program PSVS.
Z NMR eksperimenti lahko študiramo tudi dinamiko proteina. Med NMR eksperimenti se, tako
kot pri drugih spektroskopskih tehnikah, zgodijo tudi procesi prenosa energije, in zato lahko
merimo relaksacijske čase, ki jih posamezno jedro potrebuje, da se vrne v svojo izhodno stanje.
NMR relaksacija se dogaja preko dveh procesov: to sta spin-spin relaksacija in spin-mrežna
relaksacija, ki sta povezani z dvema hitrostnima konstantama T1 in T2. Če te konstante
izmerimo, lahko pridobimo podatke o internih gibanjih znotraj molekule in identificiramo
fleksibilne regije, ki so pomembne za funkcijo proteina.
NMR metodo lahko uporabljamo tudi za študij interakcij proteinov z drugimi molekulami, kot
so npr. proteini, nukleinske kisline, peptidi in organske molekule-ligandi. Pri teh študijah
primerjamo spremembe kemijskih premikov in relaksacijskih časov pred in po interakciji z
drugo molekulo. S tem lahko npr. identificiramo interakcijske površine med (bio)molekulama.
Prav tako lahko s spremembami kemijskih premikov pri vezavi majhnih organskih molekul
identificiramo nove ligande ali fragmente, ki so primerni, za razvoj novih zdravilnih učinkovin,
če je protein npr. pomembna terapevtska tarča.
74
