Stereospezifische Zuordnung in Datenbanken- eine Statistik

Im Zusammenhang mit den bisherigen Untersuchungen und Ergebnissen taucht die Frage nach möglichen Zusammenhängen von chemischen Verschiebungen und stereospezifischer Zuordnung auf. Gäbe es einen solchen und wäre es möglich diesen zu quantifizieren, würde dies die stereospezifische Zuordnung in Zukunft erheblich erleichtern.

Um diese Zusammenhänge zu untersuchen, haben wir zunächst die originalen stereo-spezifischen Zuordnungen von TmCSP, HPr und RalGDS ausgewertet.

In Abbildung 36 zeigen die linken Balken Fälle, für die für die Signale mit dem kleineren chemischen Shift die Benennung mit der kleineren Nummer vergeben wurde, die rechten Balken die Fälle, bei denen der größere chemische Shift die Benennung mit der kleineren Nummer trägt. Diese Beziehung wurde vor und nach der Benutzung von STEREO untersucht.

Wie man sieht, besteht ein deutlicher Zusammenhang zwischen kleinerer chemischer Verschiebung und der Namensgebung als „kleinere Nummer“ z.B. H^β3, besonders vor der Überprüfung der Zuordnung mit STEREO. Nach der Benutzung des Programms wird der Zusammenhang weniger signifikant, kann aber in allen Fällen noch beobachtet werden.

Aus dieser Tatsache kann man zweierlei folgern, nämlich zunächst die beobachtete Tendenz von Personen, die Spektren zuordnen, dem kleineren Shift den „kleineren“ Namen zu geben und- wegen der noch vorhandenen Beziehung nach STEREO- dass in mehr als 50% aller Testfälle tatsächlich das Signal mit der kleineren chemischen Verschiebung zu z.B. H^β3 gehört.

Verteilung der stereospezifischen Benennung der Methylenprotonen in den unterschiedlichen spt- files vor und nach dem Durchlauf des Programmes STEREO in %

0

TmCsp vor stereo TmCsp nach stereo HPr vor stereo HPr nach stereo RalGDS vor stereo RalGDS nach stereo größerer Shift ist z.B. HB3 oder HB3=HB2 kleinerer Shift ist z.B. HB3

Abbildung 36: Stereospezifische Signale in Zuordnungslisten vor und nach der Benutzung von STEREO in %. Vor der Benutzung von STEREO kann man einen deutlichen Zusammenhang zwischen der kleineren chemischen Verschiebung und ihrer Benennung als „niedrigerer Name“ erkennen. Nach STEREO ist diese

Diese Feststellung ist sehr interessant und eröffnet die Möglichkeit, auf dieser Basis Wahrscheinlichkeitskriterien zu etablieren, die in bestehende Programme eingebaut werden können um die stereospezifische Zuordnung von Spektren zu erleichtern.

Um diesen beobachteten Zusammenhang noch näher zu untersuchen, haben wir im folgenden 1678 ¹H chemische Shift- Einträge aus der BMRB Datenbank statistisch ausgewertet [Bmr01]. Von diesen waren rund ein drittel tatsächlich stereospezifisch zugeordnet.

Nachdem offensichtlich einseitig zugeordnete Signale (Signale, die aufgrund des Ambiguity- Codes zwar eindeutig zugeordnet sein sollten, bei denen allerdings in der gesamten Zuordnung alle Signale diesen Ambiguity- Code aufwiesen) aus den Daten eliminiert worden waren, wurde für jede diastereotope Gruppe aus jeder Aminosäure eine Statistik angelegt.

Zur besseren Darstellung wurde die Differenz zwischen den beiden chemischen Verschiebungen, die zu einer stereospezifisch zuordenbaren Gruppe gehören, berechnet und diese aufgetragen. Nach einem Fit der Daten mit einer zusammengesetzten Gauß- Funktion stellte sich für die meisten Fälle heraus, dass diese eine leichte Verschiebung zu einer Seite, und hier besonders zur positiven Seite, aufweist. Was bedeutet, dass in den meisten der beobachteten Fälle, tatsächlich der kleinere Shift zu der Benennung als z.B. H^β3 gehört.

Abbildung 37 zeigt die Verteilung der Differenz von zusammengehörenden H^β2/ H^β3 Paaren von Asparagin mit einem Gauß Fit, auf 1 normalisiert.

Es ist auch hier offensichtlich, dass das Maximum der Kurve auf der rechten Seite liegt, was bedeutet, dass der Name H^β3 in mehr als 50% der Fälle dem Signal mit dem kleineren Shift zugeordnet wurde⁴.

Abbildung 38, Abbildung 39 und Abbildung 40 zeigen für die Aminosäuren Glutamin, Glutamat und Leucin das gleiche Ergebnis.

Abbildung 41 zeigt für die H^β- Atome von Prolin das umgekehrte Ergebnis, was darauf hindeutet, dass die Beobachtung zumindest keinen systematischen Fehler aufweist.

4 Es ist zu beachten, dass in IUPAC- Nomenklatur der Name H^β3 äquivalent zu der Benennung H^β3 bei einem CNS- oder DYANA output ist, während der Name H^β2 immer H^β2 bleibt.

49

HB2-HB3 von ASN

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04

-1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50

Originaldaten Gauß- Fit

Abbildung 37: Verteilung der Differenz zwischen H^β2 und H^β3 Shifts von Asparagin. Die absolute Anzahl der Signale wurde auf 1 normiert. Man beobachtet eine leichte Verschiebung des Maximums zur positiven Seite, was bedeutet, dass H^β3 in mehr Fällen der kleinere Shift ist.

HE21-HE22 von GLN

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045

-1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50

Originaldaten Gauß- Fit

Abbildung 38: Verteilung der Differenz zwischen HE21 und HE22 Shifts von Glutamin. Analog Abbildung 37.

HG2-HG3 von GLU

-0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

-1,00 -0,80 -0,60 -0,40 -0,20 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00

Originaldaten Gauß- Fit

Abbildung 39: Verteilung der Differenz zwischen HG2 und HG3 Shifts von Glutamat. Analog Abbildung 37.

HD1-HD2 von LEU

-0,005 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04

-1,00 -0,80 -0,60 -0,40 -0,20 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00

Originaldaten Gauß- Fit

Abbildung 40: Verteilung der Differenz zwischen HD1 und HD2 Shifts von Leucin.

Analog Abbildung 37.

51

HB2-HB3 von PRO

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03

-2,00 -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

Originaldaten Gauß- Fit

Abbildung 41: Verteilung der Differenz zwischen H^β2 und H^β3 Shifts von Prolin.

Hier ist zu sehen, dass in mehr Fällen, anders als in obigen Abbildungen, der kleinere Shift H^β2 ist.

Diese Ergebnisse legen nahe, dass es einen Zusammenhang zwischen der chemischen Verschiebunge und der stereospezifischen Zuordnung gibt. Gleichwohl ist es möglich, dass die leichten Verhältnisunterschiede, die beobachtet werden können, aus Fehlern herrühren, die z.B. bei der Konvertierung von DYANA- Format in IUPAC, oder bei der Setzung der Parameter in der Datenbank für „stereospezifisch zugeordnet“ (siehe Abbildung 5:

Ambiguity- Code- Definitionen der BioMagResBank.) aufgetreten sind.

Um diese Vermutungen völlig zu erhärten, müssten weitere, gesicherte Daten ausgewertet werden, bei denen die Bestimmung der stereospezifischen Zuordnung mit herkömmlichen Methoden durchgeführt wurden.