Chemical Shift

And its Use in Structure Determination

It has been know for a long while that:

1. The chemical shift is dependant on the secondary structure, and

2. Homologous proteins have homologous shifts

= rc + sec

rc random coil shift

sec secondary shift,

Depends on

conformation

H-bond(s)

Neighboring residue type

etc

Secondary shifts for -helix and -sheet

Available proteins

Alpha-lytic protease

BPTI

Calbindin

Calmodulin

Calmodulin//M13

Cutinase

Cyclophyllin

Cyanivirin-N

Dehydrase

MBP

HIV protease

Human carbonic anhydrase

Human thioredoxin red.

III-glc

Interleukin 1a

Metallo-lactamase

Profilin

Serine Protease PB92

Staph nuclease

Ubiquitin

Residue  A  R  D  N  C  Q  E  G  H  I  L  K  M  F  P  S  T  W  Y  V  A 0  1  1  1  1  1  1  2  1  2  1  1  1  2  3  1  2  2  2  2 R 1  0  1  1  1  1  1  2  1  2  1  0 1 1  3  1  2  1  1  2 D 1  1  0  0  1  1  1  2  1  2  1  1  1  1  3  1  2  1  1  2 N 1  1  0  0  1  1  1  2  1  2  1  1  1  1  3  1  2  1  1  2 C 1  1  1  1  0  1  1  2  1  2  1  1  1  1  3  1  2  1  1  2 Q 1  1  1  1  1  0  1  2  1  2  1  1  1  1  3  1  2  1  1  2 E 1  1  1  1  1  1  0  2  1  2  2  2  1  1  3  1  2  1  1  2 G 2  2  2  2  2  2  2  0  3  3  3  3  3  3  3  3  3  3  3  3 H 1  1  1  1  1  1  1  3  0  2  1  2  2  1  3  2 2 1  1  2 I 2  2  2  2  2  2  2  3  2  0  1  2  2  2  3  2  1  2  2  0 L 1  1  1  1  1  1  2  3  1  1  0  1  1  1  3  2  2  1  1  2 K 1  0  1  1  1  1  2  3  2  2  1  0  1  2  3  1  2  2  2  2 M 1  1  1  1  1  1  1  3  2  2 1  1  0  2  3  1  2  2  2  2 F 2  1  1  1  1  1  1  3  1  2  1  2  2  0  3  2  2  0  0  1 P 3  3  3  3  3  3  3  3  3  3  3  3  3  3  0  3  3  3  3  3 S 1  1  1  1  1  1  1  3  2  2  2  1  1  2  3  0  1  2  2  2 T 2  2  2  2  2  2  2  3  2  1  2  2  2  2  3  1  0  1  1  1 W 2  1  1  1  1  1  1  3  1  2  1  2  2  0  3  2  1  0  0  1 Y 2  1  1  1  1  1  1  3  1  2  1  2  2  0  3  2  1  0  0  1 V 2  2  2  2  2  2  2  3  2  0  2  2  2  1 3  2  1  1  1  0

Agreement between measured and predicted shifts Ubiquitin

Limitation:

Size of the Database: 20.pbd files

Solution:

The Database can be ‘extrapolated’

By constructing Surfaces that describe the

Dependance of the Secondary Shift

Shifts can be simulated for arbitrary .pdb files

.pdb database can be mined for fragments of arbitrary length

‘Inverse Talos’

Problems:

When Shifts do not depend on backbone conformation

(Cofactors, Metal Centers, Hyperfine Shifts, H-bonds)

Gly surfaces have two-fold symmetry

(potential source of errors)

No ‘long range information’

Only secondary structure information,

Tertiary structure requires additional constraints

NOE at the interfaces, RDC, etc …

Can be combined with methods of Bioinformatics,

Sequence alignment, Structure prediction,

Gb3 protein: 56 aa

1gb3.pdb CS homology model

CS homology

LIM2