蛋白质化学位移预测

蛋白质化学位移包含了大量关于蛋白质三维结构的信息。基于 X 射线晶体学解析结构与相应实验化学位移之间关系，已开发出多种化学位移预测器。这些经验预测器在 X 射线结构上非常准确，但对微小结构变化往往不敏感。为克服这一局限，有人建议开发基于量子力学（QM）计算的化学位移预测器。本论文介绍了基于 QM 推导的化学位移预测器 Procs14 的开发过程。Procs14 基于对三肽进行的 235 万次密度泛函理论（DFT）计算，并包含针对氢键、环电流以及前后残基效应的修正。Procs14 能够对 13CA、13CB、13CO、15NH、1HN 和 1HA 骨架原子进行预测。为了对 Procs14 进行基准测试，我们在完整蛋白质结构上进行了多次 QM NMR 计算。在测试的经验预测器和 QM 推导预测器中，Procs14 以最高精度复现了 QM 化学位移。与 QM 推导预测器 CheShift-2 在具有实验化学位移数据的 X 射线结构和 NMR 系综上的比较显示，Procs14 预测化学位移的精度最佳。在 NMR 系综上的预测表现最好。这表明未来的工作在使用化学位移进行蛋白质折叠模拟时，可能受益于采用系综采样。Procs14 已在马尔可夫链蒙特卡洛蛋白质折叠框架 PHAISTOS 中实现。Procs14 的计算高效实现允许快速预测，因此在蛋白质结构的精修和折叠中具有潜在应用价值。