Импульсная и фурье-спектроскопия ЯМР - Фаррар Т.
Скачать (прямая ссылка):
можно использовать для измерения значительно больших скоростей обмена,
чем скорости, определяемые методом анализа формы линий или методом Карра
— Перселла. Аппаратурные ограничения в последнем методе обычно не
позволяют сделать интервал между 180° ными импульсами /Ср меньше примерно
100 икс. Это ограничивает измерение скоростей обмена величинами k
104 с-1. С импульсным спектрометром ЯМР, способным создавать II^ 60 Гс
(или 6-10"3 Т) для протонов (легко реализуемое условие), Г1р-методом
можно изучать скорости обмена до 10е с-1. Нижний предел диапазона
измеримых скоростей обмена во всех случаях определяется однородностью
магнитного поля Я0. Еще одно преимущество эксперимента во вращающейся
системе заключается в том, что его проще осуществить и легче
интерпретировать, чем эксперименты Карра — Перселла.
В случае ядер, хаотически обменивающихся между двумя равновероятными
состояниями с частотой k (k = 1/т), было показано [92], что
1/Г,Р = Rlf = [(8to)2/4] т/(1 + (of т2), (7.6)
где бсо — разность химических сдвигов и ©1= i- Построив зависимость Tip
от со Д получаем прямую линию с наклоном 4т/(бсо)2 и начальной ординатой
(со -> 0), равной 4/[(б(о)2т1. Таким образом, измерение наклона и
начальной ординаты по такому графику позволяет найти % и бсо.
Если в Т1р вносят вклад другие взаимодействия, например диполь-дипольное,
спин-вращательное или другие, то, вообще говоря, они вносят такой же
вклад в и не зависят от со 1 и со о1- Следовательно, их вклад в '1\ можно
вычесть, что дает
Ri9 (обмен) = Ri9 (наблюд.) — Rt = [(8со)2/4] т/(1 + cof т2). (7.7)
1 Это предполагает, что времена корреляции для таких взаимодействий малы
и, следовательно, ь>(ягс< 1- Для подвижных жидкостей это условие обычно
выполняется.
Некоторые применения 157
/ :i. Молекулярная динамика
Методы импульсного ЯМР широко использовались для м горения энергий
активации и времен корреляции для шмимических процессов в небольших
молекулах. Вкачес-iiii' примера недавно проведенных работ этого рода
можно привести изучение движений аниона ReHl в K2ReH9 ми 7\ для протонов
[94]. Энергии активации и времена корреляции для двух кристаллографически
различных анионов ReH? , обозначенных а и Ь, оказались Е(а) =
6,0 ± 0,2 ккал/моль и Е(Ь) = 2,4 ±0,1 ккал/моль. .-)пергии активации,
очевидно, определяются взаимодействиями Reli| -----ReHg с ближайшими
соседями. Пос-
кольку в состоянии а имеется пять ближайших атомов рения, расположенных
на расстоянии 6,5 А, а в состоянии
I) — только два атома на таком расстоянии, то неудивительно, что
энергии активации так сильно различаются. Изучение критической точки в
смесях CH3N02 и С2С14 [95], определение константы квадрупольного
взаимодействия ПВ в жидком образце диметоксиборана [96], изучение
медленных когерентных движений молекул (например, измерение скорости
потока) в циклогексане [97] и точное измерение температуры плавления и
чистоты образца этана [98] — вот примеры, демонстрирующие широту области
применения импульсных методов изучения небольших молекул.
За последние несколько лет появились сообщения об исследовании довольно
сложных систем. При изучении температурной зависимости 7\ протонов
рибонуклеазы в различных растворителях было обнаружено резкое возрастание
Т, при температуре около 66° С. Это явление было истолковано как
результат вызванного воздействием температуры развертывания структуры
протеина [99]. Поли-L-глутаминовую кислоту изучали методом импульсного
градиента (разд. 7.1). Было показано, что при pH 6,0 коэффициент
самодиффузии 3) резко изменяется примерно от 5,5-10-6 см2-с-1 при рН<6 до
2-10-6 см2-с-1 при рН> 6. Такое изменение совместимо с предположением о
переходе спираль — клубок, т. е. о переходе компактной конформации
полипептида в конформацию хаотического клубка [100].
При изучении скоростей обмена в биологической системе Сайкс [101]
применял методы вращающейсся системы
158 Глава 7
координат для исследования присоединения трифтораце-тил-О-фенилаланина к
а-химотрипсину, диизопропилфос-форилхимотрипсину и химотрипсиногену-А.
Были измерены Tip и Тj для ядер 19F в зависимости от концентрации энзима.
Этот способ изучения систем энзим — ингибитор оказывается применимым к
самым разнообразным биологическим системам и ограничен только
требованием, чтобы при присоединении происходило изменение резонансной
частоты. В исследовании Сайкса было показано, что три-фторацетил-О-
фенилаланин присоединяется ко всем трем энзимам с константами скорости
прямой реакции для а-химотрипсина и диизопропилфосфорилхимотрипсина,
равными 1,0-104 и 1,6-104 л • моль-1- с-1, а для обратной реакции 4,9-102
и 16,6-102 л - моль"1- с-1 соответственно. Такие скорости соответствуют
изменениям конформации, происходящим в энзимах при присоединении
ингибитора. Аналогичное исследование ингибирования лизоцима метил-М-аце-
тил-О-глюкозаминидом также было проведено Сайксом [102].
Большинство проведенных до сих пор исследований методом импульсного ЯМР
