Protein chemical shift analysis: a practical guide

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Abstract

Proper protein chemical shift analysis requires careful experimental measurements and the implementation of standardized referencing procedures. In this article we outline the steps necessary to ensure proper chemical shift referencing and the selection criteria for choosing appropriate “random coil” amino acid chemical shift values for predicting, comparing, and assigning 1H, 13C, and 15N resonances in proteins. By making use of these standardized conditions we demonstrate how several recently developed methods, namely homologous assignment techniques and empirical chemical shift contour maps (or hypersurfaces), can significantly improve the accuracy of chemical shift prediction for 1H, 13C, and 15N nuclei. In addition to illustrating the potential utility of chemical shift prediction, we also outline procedures for identifying secondary structure elements through heteronuclear chemical shift analysis and further demonstrate how empirical shift contour maps can actually be used to refine, and more importantly generate, reasonably good three-dimensional protein structures.

Une analyse correcte des déplacements chimiques de protéines nécessite des mesures expérimentales minutieuses et des méthodes de référence standardisées. Dans cet article, nous passons en revue les étapes nécessaires pour s'assurer d'une référence adéquate pour les déplacements chimiques et les critères pour choisir les valeurs adéquates de déplacements chimiques des acides aminés des régions repliés au hasard pour prédire, comparer et attribuer les résonances de 1H, 13C et 15N dans les protéines. En utilisant ces conditions standardisées, nous démontrons comment plusieurs méthodes mises au point récemment, telles les techniques d'attribution homologue et les diagrammes de contour de déplacements chimiques empiriques (ou hypersurfaces), peuvent améliorer significativement la précision des prédictions de déplacements chimiques des noyaux 1H, 13C et 15N. De plus, afin d'illustrer l'utilité potentielle de la prédiction des déplacements chimiques, nous décrivons également des méthodes pour identifier des éléments de structure secondaire à l'aide d'une analyse de déplacements chimiques hétéronucléaires et nous démontrons comment des diagrammes de contour de déplacements empiriques peuvent être utilisés pour raffiner et, ce qui est plus important, générer d'assez bonnes structures tridimensionnelles de protéines. [Traduit par la Rédaction]

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