Flexibility at a glycosidic linkage revealed by molecular dynamics, stochastic modeling, and 13C NMR spin relaxation: conformational preferences of α-l-Rhap-α-(1 → 2)-α-l-Rhap-OMe in water and dimethyl sulfoxide solutions

文献情報

出版日 2015-12-18
DOI 10.1039/C5CP06288H
インパクトファクター 3.676
著者

Robert Pendrill, Olof Engström, Andrea Volpato, Mirco Zerbetto, Antonino Polimeno, Göran Widmalm


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要旨

The monosaccharide L-rhamnose is common in bacterial polysaccharides and the disaccharide α-L-Rhap-α-(1 → 2)-α-L-Rhap-OMe represents a structural model for a part of Shigella flexneri O-antigen polysaccharides. Utilization of [1′-13C]-site-specific labeling in the anomeric position at the glycosidic linkage between the two sugar residues facilitated the determination of transglycosidic NMR 3JCH and 3JCC coupling constants. Based on these spin–spin couplings the major state and the conformational distribution could be determined with respect to the ψ torsion angle, which changed between water and dimethyl sulfoxide (DMSO) as solvents, a finding mirrored by molecular dynamics (MD) simulations with explicit solvent molecules. The 13C NMR spin relaxation parameters T1, T2, and heteronuclear NOE of the probe were measured for the disaccharide in DMSO-d6 at two magnetic field strengths, with standard deviations ≤1%. The combination of MD simulation and a stochastic description based on the diffusive chain model resulted in excellent agreement between calculated and experimentally observed 13C relaxation parameters, with an average error of <2%. The coupling between the global reorientation of the molecule and the local motion of the spin probe is deemed essential if reproduction of NMR relaxation parameters should succeed, since decoupling of the two modes of motion results in significantly worse agreement. Calculation of 13C relaxation parameters based on the correlation functions obtained directly from the MD simulation of the solute molecule in DMSO as solvent showed satisfactory agreement with errors on the order of 10% or less.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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