0) I=0 I=1/2 I=k (k=1,2,..) töltéssel forog (I=1/2)

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "0) I=0 I=1/2 I=k (k=1,2,..) töltéssel forog (I=1/2)"

Andrea Király
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Az NMR-spektroszkópia szükséges feltétele a nullától különbözÿ magspin (I 0) I=0 mind a protonok mind a neutronok száma páros ( 12 C, 16 O) I=1/2 ha tömegszáma páratlan ( 1, 3, 13 C, 15 N, 19 F, 57 Fe, 113 Cd) vagy a protonok, vagy a neutronok száma páratlan. I=k (k=1,2,..) mind a protonok mind a neutronok száma páratlan ( 2, 14 N) klasszikus modell: atommag egy töltéssel rendelkezÿ részecske, mely továbbá egy adott tengely mentén forog. Töltéssel rendelkezÿ mag + forgása = köráram létesítése. Köráram ÿ mágneses momentum (µ). Bio-NMR Feles spin kvantumszámú (I=1/2), µ éppen a mágneses dipolmomentum vektor (rúdmágnessel modellezhetÿ). A mágneses dipólmomentum (µ) arányos a szögimpulzusmomentum vektorral (I). Giromágneses állandó (γ) egy, az atommagra jellemzÿ mennyiség: µ =γ I.

2 Külsÿ mágneses tér hiányában a magok spinjei rendezetlenül állnak kérdés: Egy ilyen elemi dipólmomentum vektor (µ) a külsÿ térerÿnek (B o )megfelelÿen, azzal párhuzamos irányba rendezÿdik-e? válasz: Nem! magyarázat: Az említett atommagokhoz mágnese tulajdonsága mellett forgó mozgást is rendeltünk, ezért az elemi mágneses dipólmomentum vektorok (µ)akülsÿ sztatikus mágneses térre (B o ) merÿleges sík szerinti forgó mozgást, úgynevezett precessziót fognak végezni.

3 ÿ Külsÿ mágneses tér hatására rendezÿdött és precesszáló magok z y ÿ x Külsÿ mágneses tér hatására rendezÿdött és precesszáló spinek (közös origóból ábrázolva)

4 (búgócsiga modell) Impulzusmomentum ω o szögsebesség nagysága arányos a külsÿ statikus térerÿ nagyságával: ω o = γb o. Az ω o szögsebességgel arányos ν o (Larmor-frekvencia): ν o = ω o /2π. A mágneses dipólmomentum vektor (µ)idÿbeli változását a következÿ vektoriális szorzat írja le: dµ/dt = γ B o µ Forgásirány Forgó korong impulzusmomentuma

5 A makroszkopikus-, globális- vagy mérhetÿ-mágnesezettség (M), a megfelelÿ elemi vagy mikroszkopikus mennyiség additív összege: M = Σµ i Ennek segítségével a Larmor-precesszió átírható makroszkopikus alakba: d M /dt = -γ B o M A µ i vektoroknak kizárólag a B o -al párhuzamos, szokásosan z irányúnak nevezett komponensei adódnak konstruktívan össze. A termikus egyensúly állapotában tehát, a M z = Σ (µ z ) i a tehát I =1/2 (pl. 1, 13 C, stb.) akkor a (2I+1)=2, azaz két állapot. két kvantumállapotot α> és β> két energia (E α és E β ) két betöltöttségek (N α és N β ) N / N β α = exp (- E/kT). egy átmenet (Zeeman-átmenet) energiakülönbség ( E): E=hγΒ ο /2π

6 A BLOC-egyenletek z-irányú mágnesezettség idÿbeni alakulása: dm z' /dt= (M z' M o )/T 1 Az egyszer differenciál-egyenletet megoldásaként a következÿ függvényt kapjuk: M z' (t)=m o (1 exp( t/t 1 ) az x,y-síkban zajló csillapított amplitúdójú rotációt precesszió alakulása: dm x' /dt=(ω o ω)m y' M x' /T 2 dm y' /dt= (ω o ω)m x' M y' /T 2 Csatolt differenciál-egyenletrendszer megoldásaként a következÿt kapjuk: M x' (t)=m o exp( t/t 2 )sin(ω o ω) M y' (t)=m o exp( t/t 2 )cos(ω o ω), ahol (ω o ω) a forgó referencia rendszerben a precesszió szögsebessége.

7 Ennek a függvény a Fourier-transzformáltja az NMR-spektrum.

8 Külsÿ mágneses térben a makroszkopikus mágnesezettség gerjesztése annak precessziójához vezet, amely mérhetÿ indukált feszültséget eredményez

10 A nagy felbontású NMR-spektrumok öt jellemzÿ paramétere csatolási állandó félértékszélesség (J érték) terület multiplicitás kémiai eltolódás δ=[(υ M -υ R )/ υ R ]10 6 Jellegzetes proton kémiaieltolódás értékek COO CO N=C Ar RCONQ Ar-O C=C RO RQN C C 2 C 3 TMS

12 Spin-spin csatolás (a színkép finomszerkezete) a b A B A és B magok indirekt módon a és b elektronokon keresztül csatoltak. A jelenség a spin-spin felhasadás, a skaláris csatolás vagy a J-csatolás dublet mintázat

13 triplet mintázat kvadruplet mintázat

19 Jellegzetes 13 C kémiaieltolódás értékek CO CO COO COOQ CONQ CN Ar alkin alkilhalogenid alkilamin alkén alkán CO (alkohol, éter)

22 Mekkora egy fehérje? néhány tucat aminosavtól esetleg több ezerig 3bet s kód: -Thr-is-Ile-Ser-Ser-Ile-Met-Pro-Leu-Glu- 1bet s kód: T - -I -S S -I -M -P -L -E Térszerkezet Szekvencia Funkció

23 ány fehérjetérszerkezet ismert?

24 ogyan ismerhetÿ meg a fehérjetérszerkezet? kristályosítás röntgen-diffrakció elektron s r ség térkép oldatkészítés NMR-spektroszkópia geometriai kényszerfeltételek számítógépes modellezés szerkezetfinomítás 3D-szerkezet

25 Miért szükséges a fehérjetérszerkezet ismerete? Közismert betegségek megértése: Sarlósejtes anémia (Glu Val mutáció ÿ dezoxihemoglobin fokozott agregációja) Kergemarha kór (Creutzfeld-Jakob disease) (prion fehérje misfold ) szivacsos enkefalopátisz Alzheimer kór (β-amiloid misfold és aggregáció) Racionális gyógyszertervezés: pl. IV proteáz inhibítor

26 Peptid és fehérje NMR-spektroszkópia alapjelenség eltérÿ kémiai környezet eltérÿ rezonancia frekvencia N α- β- γ-

27 Peptid és fehérje NMR-spektroszkópia 1. jelhozzárendelés a jelhozzárendelés vagy spektrum asszignáció ez elÿbbi megfigyelésen alapszik eltérÿ rezonancia frekvencia eltérÿ kémiai környezet N α- β- γ-

28 omonukleáris NMR-spektroszkópia egy dimenzióban N(W indol) N(amid gerinc) N(amid oldallánc) (aromás) C(α) C(ε) C(β) C(δ) C(γ) C 3 TMS

29 omo- vagy eteronukleáris NMR-spektroszkópia két dimenzióban

30 Ala A 3 X COSY * O N C C C 3 α β TOCSY Gly COSY α 1 α 2 AX TOCSY * O N C C

31 Val A 3 B 3 MX COSY * O N C C C C 3 C 3 α β γ 1 γ 2 TOCSY Lys COSY A 2 (F 2 T 2 )MPX * O N C C C C 2 C 2 α ε β 1 β 2 γ δ TOCSY C 2 N 2

32 Leu A 3 B 3 MPTX COSY α β 1 β 2 γ δ 1 δ 2 TOCSY * N O CC C C C 3 C 3 Ile A 3 MPT(B 3 )X COSY α β γ 11 γ 12 γ 2 δ TOCSY * N O CC γ 2 C C 3 C γ 11 γ 12 C 3

33 Jtípus COSY AMX O N * CC C R α β 1 β 2 TOCSY R=O Ser S Cys COO Asp CON 2 Asn C 6 5 Phe C 6 5 O Tyr C 3 3 N 2 is C 8 6 N 1 Trp

34 Phe gyÿrÿ COSY AA XX M N * O CC δ C 2 ε ζ δ ε ζ TOCSY Tyr gyÿrÿ COSY AA XX * O N CC C 2 δ δ ε TOCSY ε O

35 is gyÿrÿ COSY AX O N CC * C 2 N δ 2 ε 1 N * TOCSY Trp gyÿrÿ COSY A(X)MP + A * N O CC C 2 N * δ ζ 2 ε 3 ε 3 η 2 ζ 2 ε 3 δ ε 3 η 2 TOCSY

36 NOESY B D β Ala A G F C α Ala β1 Ser β2 Ser E α Ser N Ser N Ala TOCSY E C CO F C C N G D CO O Ser intrareziduális NOE (A,B,E,F,G) A C N B C 3 Ala interreziduális NOE (C,D)

37 omonukleáris NMR-spektroszkópia Jelhozzárendelés

38 Peptid és fehérje NMR-spektroszkópia 2. szerkezetmeghatározás Távolság jellegÿ adatok (NOE) ÿ 3D-szerkezet

39 Schistocerca gregaria kimotripszin inhibitor (SGCI) hidrofób magja

40 Makromolekulák 3D szerkezetének meghatározása NMR adatok alapján NMR spektrumok NMR jelhozárendelés távolság jellegÿ kényszerfeltételek torziószög típusú kényszerfeltételek Kezdeti szerkezet distance geometry restrained dynamics simulated annealing IGEN Konvergencia? Restrained dynamics Restrained minimization NEM 3D szerkezet

41 Egy helikális fragmens szerkezetének finomítása

Magnetic Resonance Imaging (MRI) a gyógyászatban elÿnyök: - nem használ ionizáló sugárzást mint a röntgen - nem kell feszték vagy kontrasztanyagot bevinni - lágy-szövetek kontrasztosabbak

42 Magnetic Resonance Imaging (MRI) a gyógyászatban elÿnyök: - nem használ ionizáló sugárzást mint a röntgen - nem kell feszték vagy kontrasztanyagot bevinni - lágy-szövetek kontrasztosabbak kivitelezés: tipikus 1 -NMR kisérlet ahol a szöveteket felépít sejtek protonjait figyeljük meg. képalkotás függ: az adott szövetben lév protonok számától, az adott protonok relaxációs idejét l (T1 spin-mátrix relaxációs id és T2 spin-spin relaxációs id ) felhasználási terület: tumor sejtek, ödémák, koros elváltozások azonosítása 31 P-NMR sejt-metabolizmusok követése

Hasonló dokumentumok

A BioNMR spektroszkópia alapjai

A BioNMR spektroszkópia alapjai Az NMR-spektroszkópia szükséges feltétele a nullától különböző magspin (I 0) 1) I=0, ha mind a protonok mind a neutronok száma páros: ( 12 C, 16 O) 2) I=1/2, ha tömegszáma