Röntgendiffrakció, tömegspektrometria, infravörös spektrometria.



Hasonló dokumentumok
1. Atomspektroszkópia

Biomolekuláris szerkezeti dinamika

Fény kölcsönhatása az anyaggal:

Lumineszcencia Fényforrások

Fizikai kémia és radiokémia labor II, Laboratóriumi gyakorlat: Spektroszkópia mérés

Bioinformatika előad

Elektromágneses hullámok, a fény

Az optikai jelátvitel alapjai. A fény két természete, terjedése

Optikai spektroszkópiai módszerek

Fizika 2 (Modern fizika szemlélete) feladatsor

Abszorbciós spektroszkópia

Környezetvédelmi mérések fotoakusztikus FTIR műszerrel

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

2. OPTIKA 2.1. Elmélet Geometriai optika

Az elemeket 3 csoportba osztjuk: Félfémek vagy átmeneti fémek nemfémek. fémek

Infravörös és CD spektroszkópia a fehérjeszerkezet vizsgálatában

A fény. Abszorpciós fotometria Fluoreszcencia spektroszkópia. A fény. A spektrumok megjelenési formái. A fény kettıs természete: Huber Tamás

Az infravörös spektroszkópia analitikai alkalmazása

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Nehéz töltött részecskék (pl. α-sugárzás) kölcsönhatása

AZ ÉGÉSGÁTLÁS KÖRNYEZETI HATÁSAINAK VIZSGÁLATA

Röntgensugárzás 9/21/2014. Röntgen sugárzás keltése: Röntgen katódsugárcső. Röntgensugárzás keletkezése Tulajdonságok Anyaggal való kölcsönhatás

Biofizika tesztkérdések

Szerves kémiai analízis TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ

SPEKTROFOTOMETRIAI MÉRÉSEK

ESR színképek értékelése és molekulaszerkezeti értelmezése

X. Fénypolarizáció. X.1. A polarizáció jelenségének magyarázata

A fehérjék szerkezete és az azt meghatározó kölcsönhatások

Száloptika, endoszkópok

Modern műszeres analitika számolási gyakorlat Galbács Gábor

Készítette: Bujnóczki Tibor Lezárva:

Tömegspektrometria. Tömeganalizátorok

BIOFIZIKA. Metodika- 4. Liliom Károly. MTA TTK Enzimológiai Intézet

Korszerű tömegspektrometria a. Szabó Pál MTA Kémiai Kutatóközpont

Az időtől független Schrödinger-egyenlet (energia sajátértékegyenlet), A Laplace operátor derékszögű koordinátarendszerben

KIS MOLEKULATÖMEGŰ ANYAGOK SZERKEZETFELDERÍTÉSE LÁGYIONIZÁCIÓS TÖMEGSPEKTROMETRIAI MÓDSZEREKKEL

Szakközépiskola évfolyam Kémia évfolyam

Proteomika az élelmiszer-előállításában

Makromolekulák szerkezetvizsgálati módszerei: IR, CD

τ Γ ħ (ahol ħ=6, evs) 2.3. A vizsgálati módszer: Mössbauer-spektroszkópia (Forrás: Buszlai Péter, szakdolgozat) A Mössbauer-effektus

Feladatok haladóknak

b./ Hány gramm szénatomban van ugyanannyi proton, mint 8g oxigénatomban? Hogyan jelöljük ezeket az anyagokat? Egyforma-e minden atom a 8g szénben?

Optikai spektroszkópiai módszerek

Abszorpciós fotometria

1. A röntgensugárral nyert interferencia kép esetében milyen esetben beszélünk szórásról és milyen esetben beszélünk diffrakcióról?

TERMÉSZETTUDOMÁNY JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Laboratóriumi technikus laboratóriumi technikus Drog és toxikológiai

Javítóvizsga. Kalász László ÁMK - Izsó Miklós Általános Iskola Elérhető pont: 235 p

2. Melyik az, az elem, amelynek harmadik leggyakoribb izotópjában kétszer annyi neutron van, mint proton?

Makromolekulák. Fehérjetekeredé. rjetekeredés. Biopolimer. Polimerek

Tematika. Korszerű tömegspektrometria a. Ionforrás. Gyors atom bombázás. Szabó Pál MTA Kémiai Kutatóközpont. Cél: Töltött részecskék előállítása

Síkban polarizált hullámok síkban polarizált lineárisan polarizált Síkban polarizált hullámok szuperpozíciója cirkulárisan polarizált

Elektronspinrezonancia (ESR) - spektroszkópia

KOVÁCS ENDRe, PARIpÁS BÉLA, FIZIkA II.

NE FELEJTSÉTEK EL BEÍRNI AZ EREDMÉNYEKET A KIJELÖLT HELYEKRE! A feladatok megoldásához szükséges kerekített értékek a következők:

B2. A FÉNY FOGALMA, FÉNYJELENSÉGEK ISMERTETÉSE,

Az optikai szálak. FV szálak felépítése, gyakorlati jelenségek

I. Atomszerkezeti ismeretek (9. Mozaik Tankönyv: oldal) 1. Részletezze az atom felépítését!

Kémia OKTV 2005/2006. II. forduló. Az I. kategória feladatlapja

Röntgen sugárzás. Wilhelm Röntgen. Röntgen feleségének keze

Póda László Urbán János: Fizika 10. Emelt szintű képzéshez c. tankönyv (NT-17235) feladatainak megoldása


Atomfizikai összefoglaló: radioaktív bomlás. Varga József. Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Intézet Kötési energia (MeV) Tömegszám

L Ph 1. Az Egyenlítő fölötti közelítőleg homogén földi mágneses térben a proton (a mágneses indukció

Modern mikroszkópiai módszerek

Fehérjeszerkezet, és tekeredés. Futó Kinga

Anyagvizsgálati módszerek

6. A TALAJ KÉMIAI TULAJDONSÁGAI. Dr. Varga Csaba

Tevékenység: Olvassa el a fejezetet! Gyűjtse ki és jegyezze meg a ragasztás előnyeit és a hátrányait! VIDEO (A ragasztás ereje)

Fizika 2. Feladatsor

UV-LÁTHATÓ ABSZORPCIÓS SPEKTROFOTOMETRIA

Lumineszcencia alapjelenségek

ACIDUM ASCORBICUM. Aszkorbinsav

feladatmegoldok rovata

Székhelye: H-6771 Szeged, Szerb u. 59. Telefon/fax: Telefon: , Adószám:

REZGÉSDIAGNOSZTIKA ALAPJAI

Szakképesítés-ráépülés: Műszeres analitikus Szóbeli vizsgatevékenység A vizsgafeladat megnevezése: Analitikai elemző módszerek

Mit mond ki a Huygens elv, és miben több ehhez képest a Huygens Fresnel-elv?

TERMÉSZETTUDOMÁNY JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Ph Mozgás mágneses térben

A Ca 2+ szerepe a tormaperoxidáz enzim aktív szerkezetében. Szigeti Krisztián

CCD detektorok Spektrofotométerek Optikai méréstechnika. Németh Zoltán

Országos Szilárd Leó fizikaverseny feladatai

6. RADIOAKTIVITÁS ÉS GEOTERMIKA

FIZIKA Tananyag a tehetséges gyerekek oktatásához

Infravörös és CD spektroszkópia a fehérjeszerkezet vizsgálatában

A fény tulajdonságai

a fizikai (hullám) optika

A 2009/2010. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első (iskolai) forduló KÉMIA I-II. KATEGÓRIA FELADATLAP

KÉMIA 10. Osztály I. FORDULÓ

RAJZOLATI ÉS MÉLYSÉGI MINTÁZATKIALAKÍTÁS II:

Tömegspektrometria. Bevezetés és Ionizációs módszerek

MUNKAANYAG. Danás Miklós. Elektrotechnikai alapismeretek - villamos alapfogalmak. A követelménymodul megnevezése:


A kémiai energia átalakítása a sejtekben

FIZIKA PRÓBAÉRETTSÉGI EMELT SZINT. 240 perc

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

A középszintű fizika érettségi témakörei:

Optika Gröller BMF Kandó MTI. Optikai alapfogalmak. Fény: transzverzális elektromágneses hullám. n = c vákuum /c közeg. Optika Gröller BMF Kandó MTI

FLUORESZCENCIA SPEKTROSZKÓPIA

Átírás:

A biomolekuláris szerkezet és dinamika vizsgálómódszerei: Röntgendiffrakció, tömegspektrometria, infravörös spektrometria. Smeller László A molekuláris szerkezet és dinamika vizsgáló módszereinek áttekintése Szerkezet Röntgenkrisztallográfia NMR spektroszkópia Tömegspektrometria Infravörös spektroszkópia Lumineszcencia spektr. Dinamika Fluoreszcencia élettartam Dinamikus fényszórás ESR (EPR) spektroszkópia FCS (Fluoreszcencia korrelációs spektroszkópia Miért fontos a szerkezet ismerete? Szerkezet - dinamika Kis molekulák dokkolása Forrás:http://www.cipsm.de http://en.academic.ru 3 4

Röntgendiffrakció Röntgendiffrakció Mit (Milyen információt ad)? Molekulák térbeli szerkezete. Minden (nehéz) atom x,y,z koordinátáját. Miért érdekes/hasznos az orvostudományban? Biológiai folyamatok megértése pl. DNS transzkripció, enzimműködés, molekuláris felismerés, mutációk hatása Gyógyszermolekulák tervezése (kötődés, dokkolás) Hogyan? 5 6 Emlékezetőül: fényelhajlás Röntgendiffrakció Fényelhajlás (diffrakció) optikai rácson: Milyen rács illik a röntgensugárzáshoz? Rácsállandó: sinα k kλ d α k λ Rtg 0 00 pm H 00 pm Pl. Cu Kα vonal: λ54 pm α k t mérjük, λ ismert d meghatározható Atomgi er nλ d sinθ 7 NaCl rácsállandó: 564 pm 8

A Röntgendiffrakciós készülék elvi vázlata Röntgencső 0-40 kv Makromolekulák szerkezetvizsgálata röntgendiffrakcióval Nobel díj 96 Globuláris fehérjék szerkezetvizsgálata M. F. Perutz, J. C. Kendrew mioglobin:~00 atom Kristály ólomkollimator 0-ad rendű sugár (nem térül el) Nobel díj 96 DNS szerkezete Francis Crick James Watson Maurice Wilkins Elhajlott sugarak Fluoreszcens lemez v. félvezető detektor 9 Rosalind Franklin 0 Makromolekulák szerkezetvizsgálata röntgendiffrakcióval Nobel Díj 003 Roderick MacKinnon Fehérjekristályok Nobel díj 009 Riboszóma szerkezetvizsgálata V. Ramakrishnan, T. A. Steitz, A. E. Yonath 30S alegység: ~35000 atom, 50S alegység:~64000 atom

Fehérjeszerkezet meghatározása röntgendiffrakcióval Fehérje oldat Kristály ~ 0.05 -mm Diffrakciós mintázat Elektronsűrűségi térkép Elsődleges szerkezet atomi pozíciók 3 Egykristály előállítása szükséges Stabil konformációjú fehérjék vizsgálhatók (globuláris fehérjék) A kristálybeli elektronsűrűség térbeli és időbeli átlagát kapjuk meg Fehérjeszerkezet meghatározása röntgendiffrakcióval 05676 rtg kriszt. 399 NMR 06 Május 3 án 880 struktura! Lizozim 5 6

Fehérje adatbázisok PDB Protein Data Bank 3D szerkezetek (>00 ezer) Röntgenkrisztallográfiai ill. NMR mérésekből Swiss prot Szekvenciák Proteomikai segédprogramok, Szerkezet becslés (homológia modellezés) Kémiai paraméterek becslése (pl. izoelektromos pont ) Szekvenciák hasonlósága Krisztallográfia NMR Avagy tényleg ugyanolyan a fehérje szerkezete fiziológiás oldatban mint a kristályban? 7 mioglobin 8 Tömegspektrometria Tömegspektrometria Mit (Milyen információt ad)? A minta molekuláit (ill. annak fragmentumait) tömeg (pontosabban m/z*) alapján szétválasztja, azonosítja a fragmentumokat ill. a molekulákat. Miért érdekes/hasznos az orvostudományban? proteomika, diagnosztika, szűrés, intraoperatív szövettan Hogyan? 9 *z: a töltés elemi töltés egységekben 0

Lépések: A tömegspektrométer elve. A minta gázállapotba hozása. Ionizácó 3. Fragmentálás (molekulatöredékek keltése) 4. Elválasztás 5. Detektálás 6. Kiértékelés Gázállapotba hozás, ionizáció Leggyakrabban alkalmazott módszerek: ESI (electrospray ionisation) Elektron ionizáció Laser deszorpció MALDI (matrix assisted laser desorption ionisation) Elektrospray ionizáció elve Elektron ionizáció oldószer párolgás kisebb csepp nagyobb felületi töltés Coulomb taszítás felrobbannak a cseppek ionizált gyorsított molekulák Elektronsugárral ütköztetjük a már gázállapotú mintát. Ionizál és fragmentál is. izzókatód minta töltött molekulák......... Lézer deszorpció U elektronokgyorsításhoz U Gyorsítófeszültség 3 4

MALDI matrix assisted laser desorption ionisation Analízis A lézersugárzást a mátrix atomjai (molekulái) abszorbeálják. Nagy molekulák vizsgálatához ideális. Mágneses Kvadrupol TOF 5 6 Mágneses tömeganalizátor Kvadrupol tömeganalizátor B B R R m m Detektor F v Manapság nem használják, mert a mágnes nagy és nehéz. Kiválaszt egy szűk m/z tartományt, ami a ráadott feszültségekkel állítható be. 7 8

Time of Flight elve Time of flight MS gyorsítás elektromos térben repülés elektromos tér mentes l d úton A repülési idő számolása: minta detektor ionok ebből az m/z arány: U n repülési időt mérjük m/z-t számoljuk m/z 9 Pillanatszerű mintabevitel kell (lp. lézeres deszorpció) 30 Alkalmazások: proteomika Alkalmazások: diagnosztika 3 C-urea kilégzési teszt Helicobacter pylori kimutatására 3 C-urea tabletta 30 perc múlva a kilégezett levegőben a 3 CO mennyiségének növekedése a (Helicobacter pylori által termelt) ureáz enzim jelenlétére utal. A 3 CO mennyiségét tömegspektrometriával határozzák meg a kilélegzett levegőből. 3 3

Alkalmazások: szűrés Alkalmazások: rákdiagnosztika Anyagcsere betegségek szűrése csecsemőknél egy csepp vérből. 33 Takeda és mtsai: Innovations in Analytical Oncology - Status quo of Mass Spectrometry-Based Diagnostics for Malignant Tumor Journal of Analytical Oncology, 0,, 74-80 34 Alkalmazások: intraoperativ MS Itt egy szép ház állhatott Itt pedig egy kalyiba 35 36

Infravörös spektroszkópia IR spektroszkópia Mit (Milyen információt ad)? Molekulák rezgési frekvenciája, térszerkezete Miért érdekes/hasznos az orvostudományban? molekulák azonosítása molekulaszerkezet változások követése diagnosztika Hogyan? 37 38 Infravörös spektroszkópia Infravörös fény: λ800 nm mm közép infra tartomány:,5 50 μm abszorpciós spektroszkópia az elnyelt infravörös sugárzás molekularezgéseket kelt érzékeny a molekulaszerkezetre speciális detektálás: FT spektrométer Molekularezgések Az elektronok könnyűek, gyorsan követik az atommag mozgását, ezért az atommagok rezgéseit az elektronok nem befolyásolják. A klasszikus fizikai leírásban az atommagok közti kötést, egy rugóval vesszük figyelembe. 39 40

Molekularezgések: kétatomos molekula m a középiskolából ismert: f π m m D m l l l l D D F / D F / D Δl Δl l l F DΔl l + l l l l + m m + m + m m 4 4 tehát: m + m D, amit az D f m D π m egyenletbe helyettesítve a rezgési frekvencia: π Redukált tömeg: m mm redukált m m ezzel a frekvencia: + D f π f m redukált D( m m m + m) 43 Ilyen frekvenciájú fény hullámhossza: c mredukált λ πc f D hullámszáma hullámhossz reciproka (ν): ν λ πc D m redukált ν [cm ]: hány hullám fér el egységnyi hosszúságon? Példa: CO A mért rezgési hullámszám: ν 43 cm λ4,67μm f 6,43 0 3 Hz D875 N/m m C 0 6 kg, m O,7 0 6 kg Ha ν ismert, D számolható ha D ismert, ν számolható 44

Klasszikus fizikai rezgések és energianívók kapcsolata Klasszikus kép Energianívók A rezgési frekvencia függése a tömegtől és a kötéserősségtől Tömeg: Kötéserősség: S Infravörös rezgési frekvenciák (cm - ) B-H 400 C-H 3000 N-H 3400 O-H 3600 F-H 4000 C N: 00 cm, CN: 660 cm, C N: 0 cm. f π D m redukált S 0 ΔE Al-H 750 Si-H 50 Ge-H 070 P-H 350 As-H 50 S-H 570 Se-H 300 Cl-H 890 Br-H 650 rezonancia az f frekvenciájú fénnyel ΔEhf u.a.!!! 45 Víz (O-H): 3600 > nehézvíz: 600 cm - 46 Sokatomos molekulák rezgései N atomos molekula: 3N szabadsági fok, 3 3 a teljes molekula transzlációja ill. rotációja 3N 6 rezgési szabadsági fok (lineáris molekuláknál csak 3N 5) normálrezgések Normálrezgések Minden atom ugyanazzal a frekvenciával, de különböző amplitúdóval és irányban rezeg. Pl. víz: antiszimmetrikus 47 48

A víz normálrezgései Néhány tipikus rezgési frekvencia Nem rezgés, hanem gátolt forgás 49 50 Példa: Formaldehid Illusztrációként: különféle molekularezgések http://www.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/spectrpy/infrared/infrared.htm 5 5

Flavin 53 54 Makromolekulák rezgései Globális rezgések (bonyolultak) Lokalizált rezgések (csoportrezgések) a rezgő csoport környezetéről adnak információt pl: CH rezgések a lipidekben Fehérjék infravörös spektroszkópiája Konformációérzékeny rezgés 55

Fehérje rezgések Amid rezgések a fehérjékben A spektrum mérése: Fourier transzformációs spektrométer (FTIR) Konformációra érzékenyek: másodlagos és harmadlagos szerkezetre 57 tk 6.7 ábra 58 Alkalmazások lipid kettősréteg fázisátalakulása fényforrás hő-sokk fehérjék kölcsönhatása a lipidréteggel FT tk 6.8 ábra 59 60

fehérjedenaturáció Alkalmazások Molekula azonosítás C 4 H 8 O Meersman és mtsai. Biophys 6 J. http://www.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/spectrpy/infrared/infrared.htm 6 Infravörös mikroszkópia Infravörös mikroszkópia 64x64 detektor ν ν ν 3 ν 4 minden képpontban megmérjük az egész spektrumot Abszorbancia ν ν ν 3 ν 4 hullámszám 63 64

Vesekövek osztályozása IR mikrospektroszkópiával Amid I rezgés (fehérje) Számítógépes analízis (6 osztály) hisztológiai kép Számítógépes analízis (5 osztály) colonic mucosa 66 vége 67