ЯМР в одном и двух измерениях - Эрнст Р.
ISBN 5-03-001394-6
Скачать (прямая ссылка):
9.7.5. Кросс-релаксация в предельном случае медленного движения: применения к макромолекулам
Двумерная спектроскопия NOE особенно полезна для изучения макромолекул [9.28 — 9.30]. Двумерный подход заманчив, поскольку, во-первых, позволяет за один эксперимент изучать многие состояния, а во-вторых, позволяет обойти проблемы, связанные с селективными импульсами [9.28, 9.29].
В пределе медленного движения, когда применимы выражения (9.7.11), интегральные интенсивности кросс- и диагональных пиков для пары взаимодействующих спинов получаем из выражений (9.7.6):
/аа(Тш) = /вв(Тщ) = у [1 + ехр{-2? ab TcTm}]exp{-KftTm),
/лв(Тт) = /вл(Тт) = у I1 ~ ехр{-2яАвТстт}]ехр{-ЯГО. (9.7.19)
При больших временах смешивания тт наблюдается сложная картина кросс-пиков в результате переноса поляризации по всей системе дипольно взаимодействующих ядер [выражение (9.3.27)]. По этой причине 2М-спектр NOE лучше интерпретировать в режиме начальных скоростей, когда интенсивности кросс-пиков можно записать в виде
/ав(Тш) = Мо4АвТстт(1 - r?1 Tm). (9.7.20)
Если внешней релаксацией можно пренебречь, то, используя выражение (9.4.8), получаем
/ав(Т (9.7.21) 618
Гл. 9. Изучение динамических процессов
Время корреляции Tc характеризует переориентацию межъядерного вектора гдв. В системах с изотропными переориентациями, таких, как глобулярные белки, тс обычно предполагается одинаковым для всех AB пар, хотя, разумеется, это предположение нарушается для подвижных боковых цепей (которые, между прочим, могут не удовлетворять приближению медленного движения).
NH
Y23 Y21 М52
IO1, м.д.
Рис. 9.7.4. Коитуриый график абсолютных значений иитеисивиостей симметризоваи-иого NOESY спектра 1H иа частоте 500 МГЦ, 0,02 M раствора основного панкреатического ингибитора трипсина (ОПИТ) в D2O; р2Н = 4,6; температура 36 °С. Спектр был записан примерно за 6 ч сразу после растворения белка в D2O, так что вдобавок к нелабильиым протонам в районе от 7 до 10,6 м.д. вндны сигналы порядка 30 протонов амидных групп основной цепи. На инжием правом треугольнике выделены три области спектра, представляющие интерес для последовательного отнесения линий резонанса, т.е. области, где обычно наблюдается NOE между протонами различных амидов (—), между протонами амида и С" протонами (....) и между протонами
амида и C? протонами (-.....-). В верхнем левом треугольнике приведены примеры
соотнесения линий для каждого из этих типов взаимодействий (С — цистеин, F — феиилаланин, M — метиоинн, R — аргинин, Y — тире»;:). (Из работы [9.30].) 9.1. Кросс-релаксация и ядерный эффект Оверхаузера
619
Многие особенности 2М-спектроскопии NOE («NOESY») были изучены при исследовании основного панкреатического ингибитора трипсина (ОПИТ), маленького глобулярного белка с 58 остатками аминокислоты и молекулярной массой 6500 [9.7, 9.10, 9.11, 9.15, 9.28 — 9.31]. Как показано на нижней правой треугольной части 2М-спектра NOE на рис. 9.7.4, имеются три области, представляющие наибольший интерес: NOE между протонами разных амидов (треугольная область, отмеченная штриховыми линиями), между амидами и Ca Н-протонами (прямоугольник, обрамленный пунктиром) и между амидами и С*3 H-протонами (прямоугольник, обрамленный штрихпунктирными линиями). Некоторые примеры идентификации линий показаны в верхнем левом треугольнике.
Для измерения скоростей кросс-релаксации необходимо записать серию 2М-спектров с вариацией параметра тт, как показано
Рис. 9.7.5. Двумерные спектры NOE основного панкреатического ингибитора трипсина (ОПИТ) при различных временах смешивания тт. Показан фрагмент спектра в области 5 < ші < 6 м.д. и 8 < шг < 10 м.д. Обозначения: С — цистеин, F — фенил-аланин, Q — глутамнн, R — аргииии, T — треонин, Y — тирозин. Черным цветом закрашены пики, создаваемые нульквантовой когерентностью (так называемые «У-пики»; см. разд. 9.4.2). (Из работы [9.15].) 620
Гл. 9. Изучение динамических процессов
Рис. 9.7.6. Изображение пространственного строения центральной части участка ?-структуры ОПИТ. Десять остатков аминокислоты обозначены следующими буквами: С — цистеин, F — фенилаланин, I — изолейцнн, Q — глутамин, R — аргинин, T — треонин, V — валин, Y — тирозин. Водородные связи между группами NH и СО обозначены штриховкой. Отметим, что протоны NH п-го остатка и протоны CorH (п - 1)-го остатка, обозначенные стрелками, расположены очень близко. Наблюдаемые NOE позволяют провести последовательную идентификацию резонансных сигналов. (Из работы [9.31].)
на рис. 9.7.5. Кросс-пики NOE в этой области возникают из-за кросс-релаксации между протонами NH и протонами CaH участка /3-структуры ОПИТ, схематически показанного на рис. 9.7.6. /-кросс-пики, создаваемые нульквантовыми помехами (см. разд. 9.4.2), на рис. 9.7.5 закрашены черным цветом. Наблюдаемые в этой области кросс-пики NOE монотонно возрастают вместе с тт до тех пор, пока не начинает преобладать спад за счет внешней релаксации. Более подробно эта зависимость от тт изображена на рис. 9.7.7. Заметим, что нетрудно различить процессы второго порядка, включающие перенос намагниченности между тремя состояниями А—> В —' С, поскольку они дают нулевой начальный наклон при Trn = 0.
