Structural characterization of membrane proteins by solid-state NMR spectroscopy

Seidel, Karsten

dc.contributor.advisor	Salditt, Tim Prof. Dr.	de
dc.contributor.author	Seidel, Karsten	de
dc.date.accessioned	2008-07-25T15:30:24Z	de
dc.date.accessioned	2013-01-18T13:31:56Z	de
dc.date.available	2013-01-30T23:51:03Z	de
dc.date.issued	2008-07-25	de
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B46E-1	de
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2669
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2669
dc.description.abstract	In dieser Arbeit wurde die kernmagnetische Resonanzspektroskopie zur Bestimmung der atomaren Raumstruktur von Proteinen und anderen Biomolekülen in fester Phase angewandt. Eine neue Methode zur sequenzspezifischen Resonanzzuordnung durch (13C,13C) Korrelationsspektroskopie wurde entwickelt. Unter Verwendung dieser wurde eine nahezu vollständige Zuordnung der Resonanzen einer nano-kristallinen Form des 76-Reste Proteins Ubiquitin erreicht. Ein Vergleich mit Resultaten anderer Probenpräparationen weist auf einen Zusammenhang der Variation chemischer Verschiebungen mit dem Grad der molekularen Mobilität hin. Der Nutzen indirekt gemessener Proton-Proton Abstände wurde anhand von L-Tyrosin-Ethylester (TEE) und Ubiquitin beschrieben. Am Beispiel von TEE wurde gezeigt, dass die Verwendung internuklearer Abstände durch Techniken zur Messung molekulare Bewegungen sinnvoll ergänzt werden kann. Im Falle von Ubiquitin wurden Strukturrechnungen auf Grundlage der indirekt gemessenen Proton-Proton Abstände durchgeführt, wobei der Analyse eine Homologie zu bestehenden Modellen zu Grunde gelegt wurde. Abschließend wurde an Ca(2+)-ATPase gebundenes Phospholamban (PLN) in einer funktionellen, nicht-kristallinen Lipid-Umgebung untersucht. Dabei wurden chemische Verschiebungen in allen Domänen von AFA-PLN zugeordnet. Aus der Kombination der Resultate mit anderen biophysikalischen und biochemischen Daten konnte ein Modell des Komplexes berechnet werden, das als Grundlage für weitere Analysen der intermolekularen Wechselwirkungen dienen kann. Die experimentellen Studien wurden durch eine statistische Analyse der Vorhersagegenauigkeit chemischer Verschiebungen durch teilempirische Algorithmen, die mit Daten aus NMR in Lösungen und Röntgenstrukturanalysen trainiert wurden, ergänzt. Die Ergebnisse sichern zum ersten Mal umfassend die Verwendung dieser Programme für chemische Verschiebungen in Festkörpern ab, und erlauben Rückschlüsse auf Verbesserungsmöglichkeiten.	de
dc.format.mimetype	application/pdf	de
dc.language.iso	eng	de
dc.rights.uri	http://webdoc.sub.gwdg.de/diss/copyr_diss.html	de
dc.title	Structural characterization of membrane proteins by solid-state NMR spectroscopy	de
dc.type	doctoralThesis	de
dc.title.translated	Strukturelle Charakterisierung von Membranproteinen mittels Festkörper-NMR-Spektroskopie	de
dc.contributor.referee	Griesinger, Christian Prof. Dr.	de
dc.date.examination	2008-02-19	de
dc.subject.dnb	530 Physik	de
dc.description.abstracteng	In this work, nuclear magnetic resonance spectroscopy was employed to characterize the three-dimensional atomic structure of proteins and other biomolecules in the solid phase. A method for obtaining sequential resonance assignments from (13C,13C) correlation spectroscopy on a uniformly labeled protein under magic angle spinning was developed. This facilitated a largely complete resonance assignment of a nano-crystalline form of the 76 residue protein ubiquitin. Comparison to results from other sample preparations indicates that chemical shifts variations are most likely to occur in protein regions that exhibit an enhanced degree of molecular mobility. The use of measuring proton-proton distances via rare-spin encoding was described on L-tyrosine-ethylester (TEE), and on ubiquitin. On the example of TEE, it was shown that internuclear distance measurements can informatively be complemented by techniques that probe molecular motion. On ubiquitin, the calculation of a structural model from rare-spin encoded proton-proton distances was assessed using a homology model. Finally, Ca(2+)-ATPase-bound Phospholamban (PLN) was investigated in a functional, non-crystalline lipid environment. Chemical shifts in all domains of AFA-PLN in the complex were assigned. The results were combined with other biophysical and biochemical data to calculate a three-dimensional model of the complex, which provides a structural basis for understanding the molecular interactions. These experimental studies were complemented by a statistical analysis of chemical shift predictions for proteins in the solid state with semi-empirical algorithms that are trained on solution-state NMR and X-ray diffraction data. The findings validate for the first time the applicability of such computer programs for solid-state NMR data, and highlight possible areas of improvement.	de
dc.subject.topic	Mathematics and Computer Science	de
dc.subject.ger	NMR	de
dc.subject.ger	Festkörper	de
dc.subject.ger	MAS	de
dc.subject.ger	SDWC	de
dc.subject.ger	Proteinstruktur	de
dc.subject.ger	Membranprotein	de
dc.subject.ger	Phospholamban	de
dc.subject.ger	Ca-ATPase	de
dc.subject.eng	NMR	de
dc.subject.eng	solid-state	de
dc.subject.eng	MAS	de
dc.subject.eng	SDWC	de
dc.subject.eng	protein structure	de
dc.subject.eng	membrane protein	de
dc.subject.eng	phospholamban	de
dc.subject.eng	Ca-ATPase	de
dc.subject.bk	41.12	de
dc.subject.bk	35.25	de
dc.subject.bk	35.62	de
dc.identifier.urn	urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-1852-1	de
dc.identifier.purl	webdoc-1852	de
dc.affiliation.institute	Fakultät für Physik	de
dc.subject.gokfull	RRA 300: Kernmagnetische Resonanz NMR- {Physik: Hochfrequenzspektroskopie}	de
dc.subject.gokfull	SXL 440: Struktur {Biochemie}	de
dc.subject.gokfull	WCC 000: Molekulare Biophysik. Biophysikalische Chemie	de
dc.identifier.ppn	61789650X	de

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Fakultät für Physik (inkl. GAUSS) [925]

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