Биофизическая химия. Том 2 - Кантон Ч.
Скачать (прямая ссылка):
наличия между ссоседними ядрами спин-спинового взаимодействия линия
резонансного поглощения данного ядра может расщепиться на две или более
линии. Зная величину расщепления,в некоторых случаях находят двугранные
углы внутреннего вращения.
Наиболее распространенным объектом исследования в спектроскопии ЯМР
являются протоны. Это связано с их высоким содержанием в различных
соединениях и достаточно высокой чувствительностью. Спектры протонного
магнитного резонанса биополимеров из-за наличия в последних большого
числа атомов водорода обычно оказываются весьма сложными. Тем не менее,
проявив известную изобретательность, эти спектры иногда удается
расшифровать и получить подробную информацию о том или ином участке
биологической макромолекулы. Иногда более удобным оказывается ЯМР на
ядрах 13 С, в частности, из-за лучшего спектрального разрешения по
сравнению с протонным резонансом, а также благодаря меньшим трудностям
при расшифровке спектров. В других случаях для* изучения структурно-
функциональных особенностей какого-либо центра применяют зонд 19 F,
способный к специфическому связыванию.
176
ГЛАВА 9
Теория электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) в принципе аналогична
теории ЯМР . Дополнительными величинами здесь являются ядерное
сверхтонкое взаимодействие и g-фактор. Сверхтонкое взаимодействие
неспаренного электрона с ядром, обладающим спином /, приводит к
расщеплению каждой линии в спектре ЭПР на 21 + 1 линию. Это значит, что,
например, неспаренному электрону, локализованному у атома азота (/ = 1),
соответствует спектр, состоящий из трех линий. Как сверхтонкое
расщепление, так и g-фактор оказываются чувствительными к ориентации
радикала во внешнем поле, к молекулярному движению и полярности
локального окружения. Эти факторы в свою очередь влияют на характеристики
сигналов ЭПР, что позволяет исследовать структуру, динамические свойства
и полярность системы.
Многие биологические системы не содержат групп с неспаренными
электронами. Чтобы исследовать такие системы методом ЭПР, в них вводят
специфически связывающийся зонд, который содержит радикал. Наиболее
распространенными зондами, или спиновыми метками, являются производные
нитроксильного радикала. При введении их в биологическую систему
необходимо соблюдать определенную осторожность и убедиться в том, что
свойства системы существенно не меняются. При удачном включении такой
метки она может служить весьма чувствительной репортерской группой.
Задачи
9.1. Выведите уравнения Блоха [уравнение (9.25)] из непосредственно
предшествующих им соотношений.
9.2. Используя условия стационарности [уравнение (9.28)], выведите
уравнение (9.29).
9.3. Предположим, что белок содержит четыре гистидиновых остатка. Когда
белок находится в нативном состоянии, ЯМР-сигналы, отвечающие С-2-
протонам этих четырех остатков в спектре, полученном при частоте 220 МГц,
оказываются разрешенными. Эти сигналы находятся в интервале от 8 до 9
м.д. по отношению к стандартному сигналу ТМС. В присутствии достаточного
количества реагента X (например, мочевины) белок денатурирует; при этом
наблюдается только один пик (при 8,4 м.д.), площадь которого равна сумме
площадей исходных пиков нативной формы. Раствор нативного белка титруют
реагентом X. При низких концентрациях X четыре ЯМР-линии, отвечающие
остаткам гистидина, расщепляются на восемь линий, причем четыре из них
остаются в том же месте, что и в спектре нативного белка, а четыре другие
смещаются примерно на 0,1 м.д. По мере добавления реагента X четыре
"нативные" линии исчезают, а амплитуда четырех новых линий возрастает.
Наконец, при достаточно высоких концентрациях X они сливаются в один пик
при 8,4 м.д.
Объясните эти данные, руководствуясь представлениями о развертывании
белковой цепи. Какую информацию о скоростях отдельных стадий
разворачивания можно извлечь из этих данных?
9.4. При присоединении лиганда L к белку спектр ЯМР последнего,
полученный при частоте 100 МГц, изменяется. Наибольшим изменениям
подвергается спектр протонного резонанса в области от -80 до - 160 Гц
(относительно стандартного сигнала ДСС). Используя аффинную метку L' -
аналог лиганда, ковалентно связывающийся с белком, - можно показать, что
центром связывания в белке является остаток тирозина.
Согласуется ли результат эксперимента с использованием аффинной метки с
данными ЯМР? Объясните ваш ответ. Если бы у вас была возможность снять
для проверки правильности вашего ответа еще один спектр ЯМР, какой
образец вы бы выбрали? Почему?
ВВЕДЕНИЕ В МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС
177
9.5. Предположим, что имеется неспаренный электрон, взаимодействующий с
тремя эквивалентными протонами. Опишите в общих чертах спиновые переходы
в этой системе. Сколько линий будет наблюдаться в спектре ЭПР? Докажите
утверждение, высказанное в тексте, о том, что число линий для электрона,
взаимодействующего с л эквивалентными ядрами со спином I, равно- 2л/ + 1.
ЛИТЕРАТУРА Общая
