Diffúziós NMR használata a fehérjeszerkezet jellemzésében
Az NMR spektroszkópia az egyre bővülő fizikai, kémiai, biológiai és orvosi alkalmazásaival igazi interdiszciplináris módszerré vált. Egyik fontos alkalmazási területe a fehérjemolekulák szerkezetének jellemzése. A fehérjeszerkezet vizsgálatának kulcsfontosságú kérdése a fehérje méretének és feltekeredettségének (fold) meghatározása. A feltekeredett és rendezetlen fehérjék szerkezete alapvető különbségeket mutat: a feltekeredett, globuláris rendszerek jól definiált 3 dimenziós szerkezetűek és gömb, prolát vagy oblát alakúak. Ezzel szemben a rendezetlen fehérjék (IDP: Intrinsically Disordered Protein) a szintetikus polimerekhez hasonlóan spagettiszerűek. A teljesen denaturált, azaz térszerkezetének megváltoztatása miatt biokémiai hatásukat elvesztett globuláris fehérjék feltehetően nagyon hasonlóak lesznek a rendezetlen fehérjékhez. De vajon milyen mértékű ez a hasonlóság, mennyire sikeres adott denaturáló közegben a letekeredés, és milyen hidrodinamikai paraméterek segítségével számszerűsíthető a háromféle állapot szerkezeti különbsége? Ezekre a kérdésre kereste a választ az ELTE Szerkezeti Kémiai és Biológiai Laboratórium két munkatársa, Bodor Andrea és Földesné Dudás Erika, amikor a hidrodinamikai mérethez szorosan kapcsolódó transzlációs diffúziós együtthatók és a fehérjék molekulatömege közötti összefüggéseket meghatározták. Kutatásuk eredményét a rangos Analytical Chemistry folyóiratban publikálták.
A transzlációs diffúziós együtthatókat (D) PFG-NMR kísérletek segítségével határozták meg ismert rendezett (globuláris), rendezetlen (IDP) és denaturált fehérjék esetében, létrehozva egy megbízható eredményekből álló adatgyűjteményt. Az így kapott D-M és logD-logM összefüggések alapján egyértelműen megkülönböztethetők a globuláris és rendezetlen fehérjék. Ezen túlmenően az empirikus egyenletek általános alakra vonatkozó információkat is hordoznak, utalva a rendezett fehérjék kompakt, gömbszerű, valamint a rendezetlen fehérjék nyújtottabb alakjára. A denaturáló közegben kapott adatok alapján a kutatók arra következtettek, hogy a rendezetlen fehérjék karbamid jelenlétében nem denaturálhatók, a rendezettek esetében pedig a diffúziós mérések alapján a letekeredés mértékéről kaphatunk információt (lásd 1 ábra).
A kapott empirikus összefüggések molekulatömeg és aggregáció becslésére is széleskörűen alkalmazhatók:
logD (globuláris) = -0.381logM – 8.499
logD (IDP) = -0.507logM – 8.169
A módszer, amely egyszerű méréseken alapszik, analitikai és kémiai szempontból is hasznos eredményekkel szolgál, és remélhetőleg hozzájárul a diffúziós NMR használatának elterjedéséhez a fehérjék szerkezeti jellemzésében.
1. ábra. A transzlációs diffúziós együttható alakulása a molekulatömeg függvényében logaritmikus skálán: rendezett (piros kör), rendezetlen (kék négyzet) és viszkozitás-korrigált rendezett (üres zöld kör) és rendezetlen (üres zöld négyzet) fehérjék esetében.