5.10: Інші програми ЯМР

Last updated
Save as PDF

Page ID: 20752

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

магнітно-резонансна томографія

У вступі до цієї глави ми почули дві історії про людей, життя яких потенційно було врятовано, коли пухлини мозку були виявлені під час магнітно-резонансної томографії (МРТ). МРТ є потужною діагностичною методикою, оскільки дозволяє лікарям візуалізувати внутрішні тканини організму, позбавляючи пацієнта від хірургічного втручання та потенційно шкідливих рентгенівських променів високої енергії. Основа для МРТ по суті така ж, як і для ЯМР: МРТ-сканер має дуже сильний надпровідний магніт, досить великий, щоб повністю оточити цілу людину, приблизно так само, як невелика скляна пробірка зразка в експерименті ЯМР оточена магнітом приладу. Після впливу сильного магнітного поля протони води в організмі резонують на різних радіочастотах - зміна резонансних частот обумовлено зв'язуванням води різними способами з різними типами тканин, створюючи дещо різні електронні середовища для протонів. Програмне забезпечення в сканері МРТ потім переводить зміни резонансних частот в колірну схему, яка створює візуальне зображення тканин тіла в області сканування.

Апарат МРТ.

ЯМР білків і пептидів

У цьому розділі ви дізналися достатньо про ЯМР, щоб мати можливість зрозуміти, як він використовується для вирішення структур відносно невеликих органічних молекул. Але як щодо справді великих органічних молекул, таких як білки?

Рентгенівська кристалографія, а не ЯМР, є найпоширенішим способом визначення точної тривимірної структури білка, і в класі біохімії ви подивитеся на багато зображень білкових структур, отриманих в результаті рентгенівської кристалографії. Хоча це надзвичайно потужний інструмент для аналізу білкової структури, кристалографія має два основних недоліки. По-перше, він спирається на те, що дослідник зможе отримати білок, щоб сформувати регулярні впорядковані кристали, що може бути дуже складним завданням. Більшість білків кулясті, тобто вони мають (дуже грубо) кулясту форму. Щоб молекула утворювала кристали, вона повинна щільно упакувати разом упорядкованим, повторюваним способом: подумайте про акуратну стопку предметів у формі кубика. Сфери, однак, за своєю суттю важко упакувати таким чином. Уявіть, що намагаєтеся зробити купу тенісних м'ячів - вони просто розкочуються, тому що так мало площі поверхні кожного м'яча стикається з його сусідом, при цьому дуже мало тертя (тобто нековалентних взаємодій!) тримаючи їх разом. Великий відсоток відомих білків просто не буде кристалізуватися ні за яких випробуваних умов - тому визначити їх структуру за допомогою рентгенівської кристалографії ми не можемо.

По-друге, багато що найцікавіше в білках - це те, як вони рухаються: стулки відкриваються і закриваються, коли субстрат зв'язується, або одна частина білка рухається, щоб з'єднатися з іншою частиною. Дія білка динамічне. Кристал, з іншого боку, статичний, або заморожений. Структура білка, визначена рентгенівською кристалографією, схожа на фотографію стрибаючого танцюриста: ми можемо зробити висновок з картини, який рух може відбуватися, але ми не можемо отримати повну оцінку руху.

Це призводить до ЯМР, що, звичайно, робиться в розчині. Легко отримати більшість білків у водний розчин, тому немає ніяких турбот про те, щоб спробувати зробити кристали. Крім того, білок у розчині може вільно рухатися, тому ЯМР потенційно може захоплювати елементи білкової динаміки. Так чому ж вчені не завжди використовують ЯМР, щоб подивитися на білки?

Білкова структура.

Пропрацювавши кілька проблем з визначенням структури ЯМР у цій главі, ви вдячні за роботу мозку, необхідну для з'ясування структури невеликої органічної молекули на основі її структури ЯМР: тепер уявіть, що це роблять з білком, з його тисячами атомів вуглецю та водню! Тим не менш, спектроскопісти поступово стають все краще і краще використовувати ЯМР та комп'ютерну потужність, щоб зробити саме це. Передові методи ЯМР та методи аналізу далеко виходять за рамки нашої дискусії тут, але ви можете побачити, наскільки корисним може бути вченим білка, щоб мати можливість «побачити», як виглядає білок за допомогою ЯМР, і якщо ви зацікавлені в цій галузі досліджень, ви можете дізнатися про це в більш просунутих курси.

Примітка: Спектральна база даних органічних сполук є чудовим ресурсом для перегляду спектрів ЯМР (як протонних, так і вуглецевих) для великої кількості сполук - чим більше прикладів ви бачите, тим краще!