ЗАНЯТИЕ № 12

ТЕМА: Метод ядерного магнитного резонанса в исследованиях свойств биосистем

Цель: Изучить принцип метода ЯМР и возможности его применения в медико-биологических исследованиях

Вопросы для рассмотрения на занятии:

1. Спины ядер. Ядра с получисленным спином.

2. Ларморова прецессия. Основное уравнение резонанса.

3. Химически- и магнитно-эквивалентные ядра. Химический сдвиг.

4. Внутримолекулярное экранирование. Химические сдвиги ароматических молекул.

5. Химические сдвиги, обусловленные парамагнитными эффектами. Метод спиновых меток.

6. Межмолекулярные эффекты. Зависимость характеристик спектра ЯМР от скорости химического обмена.

7. Расщепление линий в результате спин-спинового взаимодействия. Метильный квартет.

8. Продольная (спин-решеточная) и поперечная (спин-спиновая) релаксация. Связь между шириной спектральной линии и временами релаксации.

9. Устройство ЯМР-спектрометра. Растворители. Проблема шумов.

10. Фурье-спектроскопия. Метод спинового эха.

11. Уравнение Карплюса и эффект Оверхаузера.

Самостоятельная работа

1. Сколько резонансов от протонов можно ожидать в случае (а) сжи­женного метана, (б) сжиженного этана, (в) хлороформа, (г) формальдегида, (д) ацетона, (е) метанола, (ж) этанола в СС1₄?

2. Будет ли протонный спектр смеси фенилаланина и глицина сум­мой спектров каждого из них? Будет ли важна суммарная концентрация?

3. Объясните, почему в спектре ¹³С, записанном в условиях полного двойного резонанса ¹³С—{¹Н}, содержится меньше линий, чем в протонном спектре, и почему число линий будет возрастать по мере увеличения содер­жания ¹³С.

4. Предположим, что вы пытаетесь определить механизм действия не­коего фермента. Вы выдвигаете гипотезу, что по мере превращения в про­дукт субстрат дает два промежуточных соединения. Это известные соедине­ния, но их чрезвычайно трудно идентифицировать в реакционной смеси путем стандартных химических и физических тестов. Объясните, как в этом случае может помочь ЯМР.

5. Предположим, что в ферменте имеется один гистидин. При добав­лении субстрата каждая линия гистидина смещается на величину от 2 до 4 м. д. Можно ли однозначно утверждать, что гистидин находится в месте связывания?

6. При денатурации в протонных спектрах белков неизменно проис­ходят резко выраженные изменения. Обычно меняется ширина и положение линий. Будете ли вы ожидать, что одним из изменений будет появление или исчезновение расщепления?

7. В обычной ферментативной реакции участвуют фермент, кофактор и молекула субстрата. Опишите ход ЯМР-эксперимента, позволяющего сде­лать различия между следующими возможностями: а) фермент связывает кофактор до субстрата; б) субстрат связывается с кофактором и комплекс связывается с ферментом; в) фермент связывается с субстратом, но реакция не идет до тех пор, пока не добавлен кофактор.

8. Каких различий можно ожидать между спектрами воды и льда? Поясните.

9. Какого рода спектральными изменениями будет сопровождаться димеризация белка?

10. Для фермента получен протонный спектр. Приблизительно для 50 линий характерны химические сдвиги, примерно в два раза отличающиеся от сдвигов, обычно наблюдаемых для белков. Кроме того, линии шире, чем те, с которыми обычно имеют дело. В чем может быть причина и как вы про­верите свою гипотезу?

11. Следует ли ожидать заметных различий в протонном спектре ли­нейной и кольцевой ДНК?