《Structural Biology-Practical NMR Applications》核磁共振电子书作者Quincy Teng

仪器资料 · 发表于 2018-7-25 23:30:46

《Structural Biology-Practical NMR Applications》核磁共振电子书结构生物学实用核磁共振应用

作者：Quincy Teng

This textbook begins with an overview of NMR development and applications in biological systems. It describes recent developments in instrument hardware and methodology. Chapters highlight the scope and limitation of NMR methods. While detailed math and quantum mechanics dealing with NMR theory have been addressed in several well-known NMR volumes, chapter two of this volume illustrates the fundamental principles and concepts of NMR spectroscopy in a more descriptive manner. Topics such as instrument setup, data acquisition, and data processing using a variety of offline software are discussed. Chapters further discuss several routine stategies for preparing samples, especially for macromolecules and complexes. The target market for such a volume includes researchers in the field of biochemistry, chemistry, structural biology and biophysics.Teng, Quincy

Contents
PREFACE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi
CHAPTER 1. BASIC PRINCIPLES OF NMR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2. Nuclear Spin in a Static Magnetic Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2.1. Precession of Nuclear Spins in a Magnetic Field . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2.2. Energy States and Population . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.3. Bulk Magnetization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3. Rotating Frame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4. Bloch Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.5. Fourier Transformation and Its Applications in NMR . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.5.1. Fourier Transformation and Its Properties Useful for NMR . . . . . . . . . 12
1.5.2. Excitation Bandwidth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5.3. Quadrature Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.6. Nyquist Theorem and Digital Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.7. Chemical Shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.8. Nuclear Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.8.1. Scalar Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.8.2. Spin Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.8.3. Dipolar Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.8.4. Residual Dipolar Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.9. Nuclear Overhauser Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.10. Relaxation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.10.1. Correlation Time and Spectral Density Function . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.10.2. Spin-Lattice Relaxation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.10.3. T2 Relaxation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.11. Selection of Coherence Transfer Pathways . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
1.12. Approaches to Understanding NMR Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
1.12.1. Vector Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
1.12.2. Product Operator Description of Building Blocks in a Pulse Sequence . 44
1.12.2.1. Spin-Echo of Uncoupled Spins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
1.12.2.2. Spin-Echo of Coupled Spins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
1.12.2.3. Insensitive Nuclei Enhanced by Polarization Transfer . . . . . 46
1.12.3. Introduction to Density Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Appendix A: Product Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
A1. Uncoupled Spins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
A2. Two Coupled Spins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
CHAPTER 2. INSTRUMENTATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.1. System Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.2. Magnet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.3. Transmitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.4. Receiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.5. Probe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.6. Quarter-wavelength Cable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
2.7. Analog/Digital Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
2.8. Instrument specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.9. Test or Measurement Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
2.9.1. Reflection Bridge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
2.9.2. Oscilloscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
2.9.3. Spectrum Analyzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
2.9.4. System Noise Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
CHAPTER 3. NMR SAMPLE PREPARATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.2. Expression Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.2.1. Escherichia coli Expression Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.2.2. Fusion Proteins in the Expression Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.2.3. Optimization of Protein Expression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.3. Overexpression of Isotope-Labeled Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.4. Purification of Isotope-Labeled Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.5. NMR Sample Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.5.1. General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.5.2. Preparation of Protein–Peptide Complexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.5.3. Preparation of Protein–Protein Complexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.5.4. Preparation of Alignment Media for Residual Dipolar Coupling
Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.6. Examples of Protocols for Preparing 15N/13C Labeled Proteins . . . . . . . . . . . 98
3.6.1. Example 1: Sample Preparation of an LIM Domain Using Protease
Cleavage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.6.1.1. Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.6.1.2. Protein Expression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.6.1.3. Protein Purification and Sample Preparation . . . . . . . . . . . 98
3.6.2. Example 2: Sample Preparation Using a Denaturation–Renaturation
Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.6.2.1. Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
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3.6.2.2. Protein Expression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.6.2.3. Protein Purification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
CHAPTER 4. PRACTICAL ASPECTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.1. Tuning the Probe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.2. Shimming and Locking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.3. Instrument Calibrations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.3.1. Calibration of Variable Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.3.2. Calibration of Chemical Shift References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.3.3. Calibration of Transmitter Pulse Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
4.3.4. Calibration of Offset Frequencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
4.3.4.1. Calibration of Transmitter Offset Frequency . . . . . . . . . . . 111
4.3.4.2. Calibration of Decoupler Offset Frequency . . . . . . . . . . . . 111
4.3.5. Calibration of Decoupler Pulse Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
4.3.6. Calibration of Decoupler Pulse Length with Off-Resonance Null . . . . . 113
4.4. Selective Excitation with Narrow Band and Off-Resonance Shape Pulses . . . . 115
4.5. Composite Pulses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.5.1. Composite Excitation Pulses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.5.2. Composite Pulses for Isotropic Mixing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.5.3. Composite Pulses for Spin Decoupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.6. Adiabatic Pulses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4.7. Pulsed Field Gradients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
4.8. Solvent Suppression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.8.1. Presaturation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.8.2. Watergate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
4.8.3. Water-Flip-Back . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
4.8.4. Jump-Return . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
4.9. NMR Data Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
4.9.1. Drift Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
4.9.2. Solvent Suppression Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
4.9.3. Linear Prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
4.9.4. Apodization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
4.9.5. Zero Filling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
4.9.6. Phase Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.10. Two-Dimensional Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
4.10.1. The Second Dimension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
4.10.2. Quadrature Detection in the Indirect Dimension . . . . . . . . . . . . . . . . 137
4.10.3. Selection of Coherence Transfer Pathways . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.10.4. COSY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
4.10.5. DQF COSY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.10.6. TOCSY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
4.10.7. NOESY and ROESY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
CHAPTER 5. MULTIDIMENSIONAL HETERONUCLEAR NMR
EXPERIMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.1. Two-Dimensional Heteronuclear Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.1.1. HSQC and HMQC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.1.2. HSQC Experiment Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
5.1.3. Sensitivity Enhanced HSQC by PEP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
5.1.4. Setup of an seHSQC Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.1.5. HMQC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.1.6. IPAP HSQC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
5.1.7. SQ-TROSY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
5.2. Overview of Triple-Resonance Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
5.3. General Procedure of Setup and Data Processing for 3D Experiments . . . . . . . 162
5.4. Experiments for Backbone Assignments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
5.4.1. HNCO and HNCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
5.4.1.1. Product Operator Description of the HNCO Experiment . . . 166
5.4.1.2. HNCO Experiment Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
5.4.1.3. HNCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
5.4.2. HN(CO)CA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
5.4.3. HN(CA)CO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
5.4.4. CBCANH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
5.4.5. CBCA(CO)NH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
5.5. Experiments for Side-Chain Assignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
5.5.1. HCCH–TOCSY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
5.6. 3D Isotope-Edited Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
5.6.1. 15N-HSQC–NOESY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
5.7. Sequence-Specific Resonance Assignments of Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
5.7.1. Assignments Using 15N Labeled Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
5.7.2. Sequence-Specific Assignment Using Doubly Labeled Proteins . . . . . 186
5.8. Assignment of NOE Cross-Peaks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
CHAPTER 6. STUDIES OF SMALL BIOLOGICAL MOLECULES . . . . . . . . 191
6.1. Ligand–Protein Complexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
6.1.1. SAR-by-NMR Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
6.1.2. Diffusion Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
6.1.3. Transferred NOE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
6.1.4. Saturation Transfer Difference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
6.1.5. Isotope-Editing Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
6.1.6. Isotope-Filtering Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
6.2. Study of Metabolic Pathways by NMR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
CHAPTER 7. PROTEIN STRUCTURE DETERMINATION
FROM NMR DATA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
7.1. Introduction and Historical Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
7.2. NMR Structure Calculation Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
7.2.1. Distance Geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
7.2.2. Restrained Molecular Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
7.3. NMR Parameters for Structure Calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
7.3.1. Chemical Shifts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
7.3.2. J Coupling Constants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
7.3.3. Nuclear Overhauser Effect (NOE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
7.3.4. Residual Dipolar Couplings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
7.4. Preliminary Secondary Structural Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
7.5. Tertiary Structure Determination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
7.5.1. Computational Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
7.5.2. Illustration of Step-by-Step Structure Calculations Using a Typical
XPLOR Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
7.5.2.1. Preparation of Input Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
7.5.2.2. Preparation of Initial Random-Coil Coordinates and
Geometric File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
7.5.2.3. Randomization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
7.5.2.4. First-Round Structure Calculation—Global Folding . . . . . . 224
7.5.2.5. NOE Violations and Removal of Incorrect
Distance Restraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
7.5.2.6. Iterative Steps for NOE Analysis and
Structure Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
7.5.3. Criteria of Structural Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
7.5.4. Second-Round Structure Calculation—Structure Refinement . . . . . . . 226
7.5.5. Presentation of the NMR Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
7.5.6. Precision of NMR Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
7.5.7. Accuracy of NMR Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
7.6. Protein Complexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
7.6.1. Protein–Protein Complexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
7.6.2. Protein–Peptide Complexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
Appendix B1. Sa.inp—XPLOR Protocol for Protein Structure Calculation . . . . . . . . 229
Appendix B2. Example of NOE Table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
Appendix B3. Example of Dihedral Angle Restraint Table . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
Appendix B4. Example of Chemical Shift Table for TALOS . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
Appendix B5. Example of Hydrogen Bond Table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
Appendix B6. Example of Input File to Generate a Random-Coil Coordinates . . . . . 240
Appendix B7. Example of Input File to Generate a Geometric PSF File . . . . . . . . . . 241
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
CHAPTER 8. PROTEIN DYNAMICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
8.1. Theory of Spin Relaxation in Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
8.2. Experiments for Measurements of Relaxation Parameters . . . . . . . . . . . . . . . 253
8.2.1. T1 Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
8.2.1.1. Water-Flip-Back Sensitivity-Enhanced T1 HSQC . . . . . . . . 253
8.2.1.2. Experiment Setup and Data Processing . . . . . . . . . . . . . . . 255
8.2.2. T2 and T1ρ Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
8.2.2.1. Sensitivity-Enhanced HSQC for T2 and T1ρ Measurements . 256
8.2.2.2. Experiment Setup and Data Processing . . . . . . . . . . . . . . . 258
8.2.3. Heteronuclear NOE Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
8.2.3.1. Heteronuclear NOE Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
8.2.3.2. Experiment Setup and Data Processing . . . . . . . . . . . . . . . 259
8.3. Relaxation Data Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
MULTIPLE CHOICE QUESTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
ANSWERS TO MULTIPLE CHOICE QUESTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
NOMENCLATURE AND SYMBOLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
INDEX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285