TROSY. NMR-analys av större proteiner (> 30 kda) begränsas av två faktorer:

Relevanta dokument
Biomolekylär NMR-spektroskopi

Biomolekylär NMR-spektroskopi

Strukturbiokemi NMR. NMR-spektroskopi. kärnor. Göran Karlsson. E kt. - N = N 0 e. H MHz C B 0 (T) n (MHz) N

NMR-struktur. Experimentella observationer

NMR en mångsidig biomätteknik

NMR Nuclear Magnetic Resonance = Kärnmagnetisk resonans

Proteinstruktur samt Hemoglobin

Elektron-absorbtionspektroskopi för biomolekyler i UV-VIS-området

Övergångar mellan vibrationsnivåer i grundtillståndet. Infraröd spektroskopi

Nmr-spektrometri. Matti Hotokka Fysikalisk kemi

Intermolekylära krafter

Vätebindningar och Hydro-FON-regeln. Niklas Dahrén

Repetition F6. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Intermolekylära krafter

) / (c l) -A R ) = (A L. -ε R. Δε = (ε L. Tentamen i Biomätteknik (TFKE37), 9 januari Uppgift 1 (10p)

Zeemaneffekt. Projektlaboration, Experimentell kvantfysik, FK5013

Föreläsning 6. Amplituder Kvanttillstånd Fermioner och bosoner Mer om spinn Frågor Tentan. Fk3002 Kvantfysikens grunder 1

Biomätteknik TFKE37 Tentamen 22 oktober 2009

Demonstration: De magnetiska grundfenomenen. Utrustning: Tre stavmagneter, metallkulor, mynt, kompass.

Kursplanen är fastställd av Naturvetenskapliga fakultetens utbildningsnämnd att gälla från och med , höstterminen 2019.

Experiment Swedish (Sweden) Studsande kulor - En modell för fasövergångar och instabiliteter

Proteinstruktur och Hemoglobin

Dipol-dipolbindning. Niklas Dahrén

Dipoler och dipol-dipolbindningar Del 1. Niklas Dahrén

Omtentamen Biomätteknik, TFKE augusti 2014

Laboration 1. Introduktion 1 H-NMR, tuning-matchning, shimning

Protein prediktion, homologi och protein engineering

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin Föreläsning 13 Kärnfysik 2 den 4 maj Föreläsning 13.

Föreläsning 21. Sammanfattning F21. 1) Introduktion 2) Upprening 3) Karaktärisering. 4) Beräkningskemi 5) Mer organisk kemi 6) Forskning

Preliminärt lösningsförslag till Tentamen i Modern Fysik,

GRUNDERNA FÖR MOLEKYLÄR SPEKTROMETRI

FK Kvantfysikens principer, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning, onsdag 16 december 2015, kl 17:00-22:00

Supplementary Data. Figure S1: EIMS spectrum for (E)-1-(3-(3,7-dimethylocta-2,6-dienyl)-2,4,6-trihydroxyphenyl)butan-1-one (3d) 6'' 7'' 3' 2' 1' 6

BASÅRET KEMI B BIOKEMI VT PROTEINER OCH ENZYMER (sid )

Centrala Dogmat. DNA RNA Protein

TENTAMEN I STRUKTURBIOLOGI

Jonföreningar och jonbindningar del 2. Niklas Dahrén

Fysik TFYA86. Föreläsning 11/11

Elektron-absorbtionspektroskopi för biomolekyler i UV-VIS-området

FK Kvantfysikens principer, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning, onsdag 21 december 2016, kl 17:00-22:00

SF1624 Algebra och geometri

attraktiv repellerande

Kemiska reaktioner: Olika reaktionstyper och reaktionsmekanismer. Niklas Dahrén

1. a) Markera polära och icke-polära delar i nedanstående molekyl. Vilken typ av ämne är det, och vad heter molekylen? (2p)

Jordens Magnetiska Fält

Introduktion till kemisk bindning. Niklas Dahrén

för gymnasiet Polarisation

INDUKTIONS- LADDNING ENERGIÖVERFÖRING MELLAN STARKT KOPPLADE RESONATORER. Joakim Nyman

Repetition F7. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Partiella differentialekvationer: Koppling Diskret - Kontinuum och Finita Elementmetoden

s 1 och s 2 är icke kvantmekaniska partiklar? e. (1p) Vad blir sannolikheterna i uppgifterna b, c och d om vinkeln = /2?

Fysik. Laboration 3. Ljusets vågnatur

Provet kommer att räknas igenom under vt16 på torsdag eftermiddagar ca Meddelande om sal och exakt tid anslås på min kontorsdörr (rum419).

Periodiska systemet. Atomens delar och kemiska bindningar

Polarisation Laboration 2 för 2010v

Avsnitt 12.1 Reaktionshastigheter Kemisk kinetik Kapitel 12 Kapitel 12 Avsnitt 12.1 Innehåll Reaktionshastigheter Reaktionshastighet = Rate

Den stora tekniken för vävnadsanalys och in-vivo analys är ljusmikroskopi.

Vibrationer. Matti Hotokka

Spektroskopi med optiska frekvenskammar

Kapitel 12. Kemisk kinetik

Kovalenta bindningar, elektronegativitet och elektronformler. Niklas Dahrén

GÖTEBORGS UNIVERSITET Institutionen för fysik Curt Nyberg, Igor Zoric

Dipoler och dipol-dipolbindningar Del 2. Niklas Dahrén

Rep. Kap. 27 som behandlade kraften på en laddningar från ett B-fält.

Syror, baser och ph-värde. Niklas Dahrén

Föreläsning 2.3. Fysikaliska reaktioner. Kemi och biokemi för K, Kf och Bt S = k lnw

Material föreläsning 6. HT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

IM2601 Fasta tillståndets fysik

Omtentamen i DV & TDV

Reaktionskinetik...hur fort går kemiska reaktioner

Flygfoton av magnetiska landskap

Allmän kemi. Läromålen. Molekylers geometri. Viktigt i kap VSEPR-modellen Molekylers geometri

Tentamen. TFYA35 Molekylfysik, TEN1 24 oktober 2016 kl Skrivsal: G34, G36, G37

Rättningstiden är i normalfall 15 arbetsdagar, annars är det detta datum som gäller:

Kemiska reaktioner och reaktionshastigheter. Niklas Dahrén

Maria Nyström Jessica Leander Louise Danielsson. G-proteinet Ras. 3 juni Handledare: Hans Eklund

9. Materiens magnetiska egenskaper. 9.0 Grunder: upprepning av elektromagnetism

9. Materiens magnetiska egenskaper

Materialfysik2010 Kai Nordlund

Övningar. Nanovetenskapliga tankeverktyg.

Instuderingsfrågor, Griffiths kapitel 4 7

Föreläsning 11 Kärnfysiken: del 3

Tentamen i Biomätteknik SVENSK VERSION. UPPGIFT 1 (10p)

Immunteknologi, en introduktion. Hur man använder antikroppar för att mäta eller detektera biologiska händelser.

Theory Swedish (Sweden)

Snabba atomer och lysande stjärnor. Hur spektrallinjer berättar om exciterade atomers livstider och den kemiska sammansättningen hos stjärnor.

Diffraktion och interferens

Partiklars rörelser i elektromagnetiska fält

Halogenlampa Spektrometer Optisk fiber Laserdiod och UV- lysdiod (ficklampa)

Konc. i början 0.1M 0 0. Ändring -x +x +x. Konc. i jämvikt 0,10-x +x +x

3: Muntlig redovisning Vid tveksamhet om betygsnivå, kommer du att få ett kompletterande muntligt förhör.

Kemiska bindningar. Matti Hotokka

Övningstentafrågor i Biokemi, Basåret VT 2012

Lösningsförslag till deltentamen i IM2601 Fasta tillståndets fysik. Teoridel

Meddelande. Föreläsning 2.5. Repetition Lv 1-4. Kemiska reaktioner. Kemi och biokemi för K, Kf och Bt 2012

Felveckning och denaturering av proteiner. Niklas Dahrén

Linnéuniversitetet Institutionen för fysik och elektroteknik

Kemisk bindning. Mål med avsnittet. Jonbindning

Tentamen Biokemi 2 KEM090

Transkript:

TROSY NMR-analys av större proteiner (> 30 kda) begränsas av två faktorer: -Snabb transvers relaxation hos intressanta spinn (1H, 15N, 13C): och vi behöver ha magnetiseringen i x-y-planet för detektion och manipulering -Snabbare relaxation ju större proteiner

I ett vanligt HSQC spelar vi in 1 H- 15 N- korrelationer, men vi dekopplar för att inte få topparna splittrade av J-kopplingen. Hur gå vidare?

I ett kopplat S-I system (spinn ½) påverkas den transversella relaxationen olika av CSA och dipolär växelverkan för olika magnetiseringsövergångar. Detta blir än mer uttalat för större proteiner, och högre fält.

Figure from review by Sattler & Simon, 2002

Vi kan designa experiment som selektivt väljer ut den smalaste linjen för varje multiplett! Vi förlorar något i toppintensitet (eftersom en del av övergångarna selekteras bort under experimentet) men vi vinner oerhört i upplösning.

TROSY För S. aureus DNA gyrase B, 45 kda Konventionellt HSQC

och så här ser skillnaden ut i 1D-spektra

Här har vi ännu högre molekylvikter! S. aureus 7,8-dihydroneopterin aldolase (DHNA), 110 kda

Vi kan använda dessa metoder för heteronukleär tillordning av stora proteiner. TROSY- HNCA Konventionellt HNCA

NMR på membranproteiner Fernandéz & Wütrich, FEBS Lett. 2003

OBS: proverna måste prepareras, och märkas ( 2 H, 15 H, 13 C)

OmpX OmpA PagP

Dipolära kopplingar Levitt Individuella magnetiska moment skapar magnetiska fält. Dessa påverkar magnetiska fält som skapas vid andra näraliggande magnetiska moment. Växelverkan sker parvis: j påverkar k samtidigt som k påverkar j. I en vätska med isotrop rörelse medelvärdas den dipolära kopplingen ochendastettkemisktshift fåsförvarjeatom. Men vad händer då molekylerna ordnar upp sig?

I en kristall beror det kemiska shiftet också på orienteringen av molekylen relativt det magnetiska fältet, eftersom molekyler med olika orientering upplever olika shielding gentemot det yttre fältet. Levitt

I en slumpvis orienterad fast fas får vi en apparent breddning av det kemiska shiftet, men det är egentligen en summering av alla de olika shift som atomerna visar. H cs cos Levitt

Dipolära kopplingar är symmetriska Storleken på kopplingen är riktningsberoende map yttre fältet, och avståndsberoende. H DD cos 1/r 3 Precis som för J-kopplingar finns par av tillstånd, vilket ger en splittring på två toppar i ett partiellt orienterat system (proteiner/biceller).

Vad händer om vi delvis orienterar molekylerna? Levitt I partiellt ordnade system kan vissa dipolära kopplingar kvarstå (dvs inte medelvärdas). Detta påverkar storleken på den heteronukleära kopplingskonstanten.

Hur ser detta ut i spektra? Residual Dipolar Couplings (RDCs) mäts från skillnaden i icke-dekopplade och dekopplade HSQC spektra, för N-HN, C -H, och C -C. Från denna information kan bindningsvektor-orienteringar beräknas och användas i strukturberäkningar.

Den experimentella RDCn och den teoretiskt beräknade RDCn kan användas för förfining av strukturer. Lipsitz & Tjandra, 2004

Exempel: multidomänproteiner Kristallografi: domänorienteringar påverkas ofta av kristallpackning NMR: ofta för få NOEer mellan domänerna för att definiera en orientering Vad är verkligt?

Om man kan mäta vinkelorienteringen för varje domän i ett partiellt ordnat system vet vi hur domänerna är orienterade i förhållande till varandra!

Domänorientering i kristallstrukturen Domänorientering i lösning m hj av RDCs Fischer et al., Biochemistry 1999

Exempel: Proteininteraktioner LpxA: en trimer ACP Hur binder ACP till LpxA? Viktigt för design av antibakteriella inhibitorer

Kemisk shift-analys vid komplexbindning Jain et al., JMB 2004

tillsammans med RDC-mätningar

gav tillräckligt med information för att kunna docka de två proteinerna.

Användning av RDCs: Förbättra strukturdata map interdomänorientering Snabbt räkna om struktur där domänändringar förväntas vid t ex ligandbindning Förbättra kristallstrukturdata map rörliga loopar Docking och domäninteraktioner Struktur av stora proteiner / komplex

Amidprotonutbyte Hur snabbt byter NH-protonerna ut med omgivande H 2 O? H H H H H H H H H D D D H H H D D H H D D H D D Tiderna för utbytet kan väljas så det passar systemet - från sekunder till dagar (år!). Whittemore et al., Biochemistry 2005

Amidprotonutbyte i nativt HCA I

Amidproton-utbyte i molten globule-tillstånd detekterat i det foldade tillståndet Alfa-lactalbumin, ph 2 Christina Redfields grupp i Oxford

Dynamiskt strukturinnehåll kan uppskattas även om man har få NOEer, här för apo-myoglobins molten globule Redfield, Methods 2004

Kemiskt utbyte för intermediär dynamik, t ex enzymreaktioner Mikael Akke, Lund Dorotee Kerr, Brandeis

Hur skilja mellan ordning och oordning? Calbindin D 9k

Trots att båda siten är Ca 2+ -laddade är loopstrukturerna dåligt bestämda i lösning. RMSD i kristallstrukturen RMSD i NMR-strukturen

Hur utvärdera om verklig oordning eller bara dålig struktur?

Översikt över relaxationsteori (enligt Palmer, Annu Rev Biophys Biomol Str 2001) Relaxationshastigheterna för magnetiska interaktioner (dipolär vxv, CSA och quadropolinteraktioner) är linjärkombinationer av spektraltäthetsfunktionerna, J(w). Det numeriska utseendet på funktionerna påverkas av vilka atomer som är inblandade (13C-O för CO-binding, 15N-H osv) där (t) är en vektor som är parallell till bindningsvektorn mellan de atomer mellan vilka relaxationen studeras (NH, CO, CH).

Spektraltätheten ges av där (t) är en vektor som är parallell till bindningsvektorn mellan de atomer mellan vilka relaxationen studeras (NH, CO, CH).

Beroende på hur man beskriver modellen för rörelsen av bindningsvektorn jämfört med rotationsrörelsen för hela molekylen kan man konstruera olika uttryck för bindningens ordningsparameter.

Två approacher Spectral density mapping: karakterisera alla parametrarna i ekvation 4-6. Kräver mätning vid flera olika fältstyrkor och kräver stor kunskap för att tolka data, men ger mer komplett kunskap om dynamiken. Model-free model (Lipari & Szabo): här utgår man från direkta mätningar av T1 och T2 (R1, R2) samt använder en förenklad beskrivning av spektraltäthetsfunktionen för att bestämma ordningsparametrar.

Experiment Palmer, Curr Biol 1993

Mätningar av T1- och T2-relaxation

Resultat utvärderat som ordningsparametrar För få NOE-er för att definiera strukturen!

Ordnade sites! Oordnad Linker!

Jämförelse av fritt och ligandbundet Calbindin

Sammanfattning: TROSY för höga molekylvikter RDCs för att öka upplösningen för strukturer som är svåra att lösa, stora proteiner, samt multidomänproblem och multiproteinkomplex H-utbyte Kemiskt utbyte Relaxation: Lipari&Szabo model-free model approach (S 2 ) för NH och metylgrupper