固体核磁共振化学位移振荡分析揭示抗菌肽阿霉菌素在磷脂双层膜中的结构和取向

用固体核磁共振波谱研究了膜结合型抗生素阿霉菌素的结构、拓扑结构和取向^[1]。在[1-¹³C]标记的阿霉菌素中观察到¹³C化学位移相互作用^[2,3]。各向同性化学位移值表明，阿霉菌素在整个区域形成螺旋结构。

在假定甲氧西林分子绕磷脂双层法线快速旋转的前提下，分析了同位素标记的丙氨西林的羰基碳化学位移各向异性。认为当相邻的多肽平面分别形成α-螺旋和310-螺旋时，形成100°或120°的角度。这些性质导致化学位移各向异性相对于多肽平面的相角的振荡。

分别获得了N-和CTeri的4个和7个位点的各向异性数据。结果表明，N-末端和C-末端的螺旋轴分别向双层法线倾斜17°和32°。化学位移振荡曲线表明N-末端和C-末端分别形成α-螺旋和310-螺旋。

实验观察到双分子膜中阿米西星的C-末端310-螺旋结构，通过测量[1-¹³C]和[¹⁵N]双标记阿米西星的核间距离，进一步证实了阿米西星独特的弯曲结构。

分子动力学模拟表明，α-螺旋N-和310-螺旋C-末端的螺旋轴分别向双层法线倾斜12°和32°，这与固体核磁共振结果一致。

通过¹³C标记氨基酸残基插入跨膜的¹³C化学位移各向异性的化学位移振荡，确定了膜上阿米西星的结构和取向，其中N-末端和C-末端形成α-和310-螺旋，N-末端和C-末端分别向双层法线倾斜17°和32°。

根据Redor实验得到的弯曲区域周围的核间距离和以N-端和C-端螺旋的方向以及核间距离为约束条件的能量最小化，进一步确定了两个螺旋轴的拓扑结构，结果表明，阿拉米星多肽在膜环境中的弯曲角度为165°。

分子动力学模拟进一步揭示了阿霉菌素在膜环境中的动态行为，计算结果表明，阿霉菌素在40 ns后形成弯曲结构。N-末端螺旋形成与双层法线倾斜11°的α-螺旋，C-末端螺旋形成与双层法线倾斜32°的扭曲310螺旋，弯曲角度为159°。这些值与实验确定的值符合得很好。

[1] C.E. Meyer, F. Reusser, A polypeptide antibacterial agent isolated from Trichoderma viride, Experientia 23 (1967) 85–86.

[2] R.C. Pandey, J.C. Cook Jr., K.L. Rinehart Jr., High resolution and field desorption mass spectrometry studies and revised structures of alamethicins I and II, J. Am. Chem. Soc. 99 (1977) 8469–8483.

[3] T.M. Balasubramanian, N.C.E. Kendrick, M. Taylor, G.R. Marshall, J.E. Hall, I. Vodyanoy, F. Reusser, Synthesis and characterization of the major component of alamethicin, J. Am. Chem. Soc. 103 (1981) 6127–6132.

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