Немного о ядерном магнитном резонансе С.А.Спирин 27 октября 2010. - презентация

1 Немного о ядерном магнитном резонансе С.А.Спирин 27 октября 2010

2 Статистика PDB Exp. MethodProteinsNucleic Acids Protein/NA Complexes OtherTotal X-RAY NMR ELECTRON MICROSCOPY HYBRID other Total As of Tuesday Oct 26, 2010

3 Энергия протона в магнитном поле При любом направлении магнитного поля протон будет иметь ровно две возможных энергии (соответствующие направлениям его «оси вращения» точно по полю или точно против поля). Разница между энергиями линейно растёт с ростом величины поля. NB: реально у протона нет никакой «оси», это не более чем метафора!

4 Кванты электромагнитной волны и ядерный магнитный резонанс Электромагнитные волны испускаются и поглощаются только порциями (квантами), энергия которых связана с частотой волны соотношением: E=h, где h = 6,626 Дж сек – постоянная Планка. Если поместить образец, содержащий протоны, в неоднородное магнитное поле, то по поглощению волн данной частоты можно судить о количестве протонов, имеющих данную разницу уровней энергии, то есть находящихся в поле данной силы (а значит, в заданной области пространства). Волны определённой частоты как бы «резонируют» с протонами в поле определённой силы. На этом явлении основана ЯМР-томография, применяемая в медицине. В ЯМР-спектроскопии биомолекул поступают наоборот: измеряют энергию, испускаемую протонами при переходе с верхнего уровня на нижний, по частотам испускаемого ими излучения (после возбуждения мощным электромагнитным импульсом).

5 Химический сдвиг δ = ( ν – ν REF ) x10 6 / ν REF

6 Химические сдвиги Carbon-13* Environment Chemical Shift Range (ppm) (CH 3 ) 2 C*O-12 CS 2 0 CH 3 C*OOH16 C6H6C6H6 65 CHCl CHCl (cis) 71 CH 3 C*N73 CCl 4 97 dioxane126 C*H 3 CN196 CHI Phosphorous-31 Environment Chemical Shift Range (ppm) PBr (C 2 H 5 O) 3 P-137 PF % phosphoric acid 0 PCl 5 80 PH P4P4 450

7 Химические сдвиги для протона Кроме химического окружения, зависит также от температуры, pH, концентрации, растворителя…

8 ЯМР-спектрометр

9 ЯМР-спектрометр – загрузка образцаИсследуемый образец

10 ЯМР-спектр

11 ЯМР-спектр протонов для диэтилового эфира

12 Измерение торсионного угла φ (1) Right-handed alpha helix, φ = –57°, 3 J HNHA = 3.9 Hz (2) Right handed 3.10 helix, φ = –60°, 3 J HNHA = 4.2 Hz (3) Antiparallel beta sheet, φ = –139°, 3 J HNHA = 8.9 Hz (4) Parallel beta sheet, φ = –119°, 3 J HNHA = 9.7 Hz (5) Left-handed alpha helix, φ = 57°, 3 J HNHA = 6.9 Hz

13 Двумерный ЯМР Измеряются небольшие расстояния (< 6 Å) между ядрами водорода, углерода, азота и фосфора Из этого набора данных восстанавливается укладка белка

14 Результат: множество моделей 1NK2 (20 моделей)

15 Усреднённая модель 1NK21NK3

16

17 Сравнительная таблица ЯМРРСА Структура молекул в раствореСтруктура кристаллов Небольшие молекулы (белки до ~150 а.о.) Довольно большие молекулы и комплексы (рибосома) Много моделейОдна модель (иногда с альтернативными конформациями) Присутствуют координаты атомов водорода Как правило, координаты атомов водорода отсутствуют (кроме случаев очень высокого разрешения)