NMR structure calculation 1
NMR structure calculation 1
NMR结构解析流程 生物信息学和生物化学分析 样品制备（蛋白质表达纯化，标记） 核磁共振初步鉴定 ↓ 核磁共振数据收集 ] 化学位移指认二 二级结构分析 ↓ NOE指认 结构计算 2
NMR结构解析流程 生物信息学和生物化学分析 样品制备（蛋白质表达纯化，标记） 核磁共振数据收集 化学位移指认 NOE指认 结构计算 核磁共振初步鉴定 二级结构分析 2
Solving structures by NMR Sample Preparation Structural restraints .Cloning,expression,purification .NOE,H-bonds .Isotope labelling [5N,13C/15N,[2H/3C/15N ·J-couplings .Residual dipolar couplings,T1/T2 .Chemical shifts Resonance Assignments ·Backbone ·Side chains Structure Calculation .Distance geometry .Restrained molecular dynamics .Simulated annealing Secondary Structure Chemical shift Ensemble of3D structures 3
Solving structures by NMR Sample Preparation •Cloning, expression, purification •Isotope labelling [ 15N], [13C/15N],[ 2H/13C/15N] Resonance Assignments • Backbone • Side chains Secondary Structure Chemical shift Structural restraints •NOE, H-bonds •J-couplings •Residual dipolar couplings, T1/T2 •Chemical shifts Structure Calculation •Distance geometry •Restrained molecular dynamics •Simulated annealing Ensemble of 3D structures 3
Overview Structure representation Types of NMR data conversion into restraints Structure calculation methods Structure validation 4
Overview • Structure representation • Types of NMR data conversion into restraints • Structure calculation methods • Structure validation 4
a structure 蛋白质结构层次 氨基酸通过肽键形成的生物高分子 一级结构、二级结构、三级结构、四级结构 econdary structure i-1 i+1 R:侧链 R R RO N℃℃N=CN=C0 B pleated sheet 主链 ..出. alpha helix •肽键具有双键性质而不能任意旋转 主链可旋转的二面角φ，w tertiary structure 15 quaternary structure N-C C-N
蛋白质结构层次 • 氨基酸通过肽键形成的生物高分子 • 一级结构、二级结构、三级结构、四级结构 •肽键具有双键性质而不能任意旋转 •主链可旋转的二面角， 5
20种常见的氨基酸残基 Pro Arg Asn R Hn21 (Z) Ho (E) HB2 N2-H22☑ Asp Cys GIn Glu Hi R (R) H72 83 SY-HY 2 N2-H22Z☒ R HI(E) Ho Leu Lys Met Phe (R) (R)(R) H23C72 C(H51) HB3 -c51H313 C-NHS方 _C(H)3 B2 R R) Ser Thr Trp Val =c2H23 H C(H)3 R) 通常NMR中一个自旋系统是指一个氨基酸残基上的所有原子
通常NMR中一个自旋系统是指一个氨基酸残基上的所有原子 20种常见的氨基酸残基 6
NMR解析蛋白质溶液结构 ·测定原子（氢原子）之间的距离信息和其他约 束信息，得到空间结构模型 ·化学结构（氨基酸序列，即一级结构)己知， 测定空间结构（三级结构，四级结构） 7
NMR解析蛋白质溶液结构 • 测定原子（氢原子）之间的距离信息和其他约 束信息，得到空间结构模型 • 化学结构（氨基酸序列，即一级结构）已知， 测定空间结构（三级结构，四级结构） 7
Structure calculation Conformation 8
Structure calculation Conformation 8
结构计算 ·基本方法 一由实验得到各种构象约束信息：距离，二面角 ·约束信息是不完备的 ·约束信息是不精确的 一计算满足这些约束条件的构象 。距离几何(Distance Geometry) ·约束条件下的分子动力学模拟(Restrained Molecular Dynamics Simulation) 。模拟退火(Simulated Annealing) 9
结构计算 • 基本方法 – 由实验得到各种构象约束信息：距离，二面角 • 约束信息是不完备的 • 约束信息是不精确的 – 计算满足这些约束条件的构象 • 距离几何（Distance Geometry） • 约束条件下的分子动力学模拟（Restrained Molecular Dynamics Simulation） • 模拟退火（Simulated Annealing） 9
NMR experimental observables providing structural information Backbone conformation from chemical shifts (Chemical Shift Index-CSI):W, Distance restraints from NOEs Hydrogen bond restraints Backbone and side chain dihedral angle restraints from scalar couplings Orientation restraints from residual dipolar couplings 10
10 NMR experimental observables providing structural information • Backbone conformation from chemical shifts (Chemical Shift Index - CSI): , • Distance restraints from NOEs • Hydrogen bond restraints • Backbone and side chain dihedral angle restraints from scalar couplings • Orientation restraints from residual dipolar couplings