Methods in Enzymology：Biological NMR Part A

作者：A. Joshua Wand（编者）

索书号：Q55/M592/ 2019 / V. 614/Y

ISBN: 978-0-12-813860-1

藏书地点：武大外教中心

生物膜上含有的H、C、P等具有非零自旋的磁性核，当与外磁场和射频场相互作用，并且满足共振条件时，将吸收射频场能量而发生自旋能级间的跃迁，这就是核磁共振(NMR)的基本原理。由于NMR技术可以对含水样品进行非破坏性测量，从而使观测能在接近生理条件下实现，并可通过生物膜上H、C和P进行综合研究，尤其是可以从原子或基团水平上提供分子的动态结构和运动的信息，是研究生物膜结构的有力工具。

膜蛋白，特别是G蛋白偶联受体(GPCRs)，由于参与了许多人类生物医学的关键途径，成为结构生物学研究中越来越重要的靶点。这些蛋白质通常是高度动态的，因此受益于核磁共振波谱与互补晶体学和低温电子显微镜分析的研究。然而，这类研究往往因一系列实际问题而复杂化，包括制备适当同位素标记膜蛋白样品的挑战，大尺寸的蛋白质/洗涤剂或蛋白质/脂复合物，以及样品浓度和稳定性的限制。本书以人类腺苷A2A受体为例，通过使用简单的真核表达系统和改进的NMR实验来描述我们应对这些挑战的方法。提供了在毕氏酵母中过表达的U-²H (¹³C,¹H-Ileδ1)标记膜蛋白的制备方法，以及该样品甲基快速ns-ps侧链动力学的研究技术。我们相信，通过适当的优化，这些方案应该可以推广到其他GPCRs和人的膜蛋白。

蛋白质中的芳香侧链通常是直接进化来稳定疏水核心、蛋白质结合或酶活性的。它们还负责特定的局部动态过程，如组氨酸互变异构化或环翻转。尽管它们很重要，但由于光谱的复杂性和挑战，它们往往不是核磁共振波谱的直接目标。本书介绍了芳香侧链的最先进的¹³C位点选择标记方法，并描述了它们如何解决几个光谱问题。特别强调了由此而启动的蛋白质芳香侧链动力学实验。

可以通过生物分子核磁共振来研究大肠杆菌在蛋白质中选择性标记甲基的表达。在对异亮氨酸、亮氨酸和缬氨酸残基进行选择性标记的初步工作的基础上，过去几年又发展了新的方法，使所有含甲基的氨基酸都能够单独或同时进行组合标记。随着新的甲基优化NMR实验的引入，现在可以详细描述蛋白质-配体的相互作用，以及高达1 MDa大小的蛋白质-蛋白质复合物的机理和动态过程。

用现代核磁共振(NMR)方法研究重组表达蛋白通常需要同位素标记。标记蛋白的纯化策略通常包括使用多组氨酸亲和标签(His-tag)和固定金属离子亲和层析(IMAC)。选择性甲基标记是一种非常强大的方法，通过溶液核磁共振可以用来研究结构，动力学和探索大型生物分子的机制。甲基对化学交换诱导的去极化相对不敏感，并在这种系统中提供超分子相互作用和变构的优越探针。

虽然膜蛋白几十年来一直是生物化学研究的焦点，但这一重要类别的概论知识远远落后于可溶性蛋白。尽管最近有了一些技术发展，但最具挑战性的特性仍然是在如何产生适合现有应用的高质量的样本。将膜蛋白重组为脂质双分子层将产生最天然的环境，因此这是人们普遍希望的。然而，由于粒子尺寸的急剧增加导致高旋转相关次数，这给溶液态NMR分析带来了巨大的问题。然而，一些用于膜插入蛋白质的溶液核磁共振分析的创新策略正在出现。作者指出了在无细胞合成、纳米盘制备和专门用于溶液态核磁共振的样品定制中需要克服的常见问题。给出了样品制备的详细说明，并编制了适用于双层膜蛋白的溶液核磁共振方法。进一步讨论了目前应用于这种困难样本信号检测的策略，并描述了可以从各种实验中提取的信息类型。

《酶学研究方法：生物核磁共振A部分》一书于2019年由ACADEMIC PRESS出版，作者是A. Joshua Wand。

《酶学研究方法：生物核磁共振A部分》一书中，专家研究人员介绍了多种用于生物研究（主要为膜蛋白研究）的核磁共振方法，讨论的主题主要包括蛋白质的选择性甲基标记，用于核磁共振相互作用和动力学研究的真核膜蛋白同位素标记，用于蛋白质动力学核磁共振研究的芳香氨基酸侧链的最佳同位素标记，用金属离子亲和层析法纯化的蛋白样品中顺磁性Ni²⁺的低污染的快速彩色检测方法，甲基标记蛋白的核磁共振研究工具包，脂质环境中膜蛋白的合成生物基溶液核磁共振研究，用于NMR谱的磷酸化蛋白的制备，核磁共振波谱的非均匀采样，利用高压核磁共振技术探索蛋白质构象，CS-ROSETTA，结合进化协方差和核磁共振数据测定蛋白质结构，以及结合核磁共振波谱和分子动力学模拟来解决和分析蛋白质- RNA复合物的结构。《酶学研究方法：生物核磁共振A部分》一书从各个方面讲解了核磁共振方法在蛋白质及脂质结构与动力学中的应用以及用于最新技术的制样方法，旨在为想要研究蛋白和脂质结构动力学的研究人员提供专业方法的介绍以及方法技术指导。

《酶学研究方法：生物核磁共振A部分》一书作为生物化学专业研究读物，观点新颖独到，内容饱满详实、语言浅显易懂，除此之外，还包括一些其他的特点：

1、本书概述了多种用于生物研究的核磁共振方法。比如介绍了一种快速、便宜的定性和定量测定IMAC纯化蛋白样品中顺磁性Ni²⁺浓度的方法。本书还描述了在样品制备、数据收集和数据分析等领域的系统方法和贡献，这些方法简化了甲基标记在大型蛋白质溶液核磁共振研究中的应用。本书提供了使用基于大肠杆菌的表达系统选择性标记蛋白质的概述介绍，描述了在选择标记蛋白质之前需要考虑的因素，包括用于生产这种蛋白质的协议。然后概述了使用选择性标记蛋白的应用，并列举了与药物发现过程相关的例子。讨论了膜插入蛋白质的溶液核磁共振分析的创新策略，本书为在原生样膜环境中使用溶液态核磁共振技术分析膜蛋白提供一个全面的指南。

2、每个部分都分为很多的小章节，每个章节都是由相关领域的专业人士所撰写，因此，本书讲解既详细又专业，我们能够从中了解到核磁共振在生物学科中的应用以及最新的前沿技术。

总的说来，《酶学研究方法：生物核磁共振A部分》一书为想要了解核磁共振方法在蛋白质及脂质结构与动力学中的应用以及用于最新技术的制样方法的研究人员提供了清晰的导读路径，作为生物化学领域的一本前沿研究图书，是一本值得为想要涉足该领域的人员推荐的专业书籍。

本书目录：

撰稿者名单

前言

第1章蛋白质的选择性甲基标记：通过溶态核磁共振实现结构和机制研究以及药物发现应用

Andrew Proudfoot, Andreas O. Frank, Alexandra Frommlet, Andreas Lingel

第2章用于核磁共振相互作用和动力学研究的真核膜蛋白同位素标记

Igor Dikiy, Lindsay D. Clark, Kevin H. Gardner, Daniel M. Rosenbaum

第3章用于蛋白质动力学核磁共振研究的芳香氨基酸侧链的最佳同位素标记

Ulrich Weininger

第4章用金属离子亲和层析法纯化的蛋白样品中顺磁性Ni²⁺的低污染的快速彩色检测方法

Starla D. Glover, Cecilia Tommos

第5章甲基标记蛋白的核磁共振研究工具包

Paolo Rossi, Yoan R. Monneau, Youlin Xia, Yojiro Ishida, Charalampos G. Kalodimos

第6章脂质环境中膜蛋白的合成生物基溶液核磁共振研究

Erik Henrich, Frank Löhr, Julija Mezhyrova, Aisha Laguerre, Frank Bernhard, Volker Dötsch

第7章用于NMR谱的磷酸化蛋白的制备。

Ganesan Senthil Kumar, Rebecca Page, Wolfgang Peti

第8章丙烯酰化肽a因子的合成及核磁共振表征

Taysir K. Bader, Todd M. Rappe, Gianlugi Veglia, Mark D. Distefano

第9章人类糖蛋白的制备和溶液核磁共振光谱是容易和有益的

Adam W. Barb, Daniel J. Falconer, Ganesh P. Subedi

第10章核磁共振波谱的非均匀采样

Scott Robson, Haribabu Arthanari, Sven G. Hyberts, Gerhard Wagner

第11章利用高压核磁共振技术探索蛋白质构象

Julien Roche, Catherine A. Royer, Christian Roumestand

第12章 CS-ROSETTA

Santrupti Nerli, Nikolaos G. Sgourakis

第13章结合进化协方差和核磁共振数据测定蛋白质结构

Yuanpeng Janet Huang, Kelly P. Brock, Yojiro Ishida, Gurla V.T. Swapna, Masayori Inouye, Debora S. Marks, Chris Sander, Gaetano T. Montelione

第14章结合核磁共振波谱和分子动力学模拟来解决和分析蛋白质- RNA复合物的结构

Sebastien Campagne, Miroslav Krepl, Jiri Sponer, Frederic H-T. Allain

胡萌欣武汉大学生命科学学院博士