Page 37 - No30

NMR SPEKTROSZKÓPIA
ÉLETTANI ÉS ORVOSI NOBEL-DÍJ 2024

HÉT IZGALMAS TÉNY
AZ NMR-RŐL

Az NMR vizsgálatokat a kórházakban használt MRI
1. berendezésekhez hasonló nagyterű (kb. 5-20 Tesla)
szupravezető mágnesekben végezzük. Összehasonlításképpen
−5
a Föld mágneses mezeje 50° szélességen 2·10 Tesla, egy nagy
patkómágnes mágneses tere pedig 0.001 Tesla.
Az NMR mérések során alkalmazott rádiófrekvenciás
2. impulzusok tipikusan 5-20 μs hosszúságúak. Minél rövidebb
egy impulzus, annál szélesebb frekvenciatartományban képes
gerjeszteni a vizsgált molekula magspinjeit. Néha azonban
éppen arra van szükség, hogy egy adott magspint szelektíven
gerjesszünk. Ehhez hosszabb, ms hosszúságú, gyakran ún.
formázott rádiófrekvenciás impulzusokat alkalmazunk.
Minél nagyobb egy mag giromágneses hányadosa, annál
3. nagyobb az energiakülönbség a Zeeman-energiaszintek
között, és ennek megfelelően a betöltöttség-különbség, és az
3. ábra (A) Háromdimenziós NMR mérés szemléltetése, érzékenység. A másik fő befolyásoló tényező a külső mágneses
tér erőssége, azaz a mágnes térereje. Emiatt fontos a nagyterű
1
ahol az egyes dimenziók az H, C, és N kémiai
13
15
szupravezető mágnesek alkalmazása, amellyel nagymértékben
eltolódásoknak felelnek meg. A mérés során az egymással csökken a mérési idő, lehetőség van kisebb koncentrációjú
kémiai kötésben levő hidrogén, szén, és nitrogén minták vizsgálatára, és nő a felbontás.
atomok között állítunk fel korrelációkat. Az ábra jobb
13
15
A mágnesesen aktív H, C, és N magok természetes
1
oldali részén két gyakran használt háromdimenziós
4. izotóp előfordulása rendre 99.9885 %, 1.07 %, és 0.4 %. A
mérés sematikus ábrája látható. Az ún. HNCACB mérés többdimenziós, H- C- N korrelációs mérések kivitelezéséhez
1
15
13
a fehérjében található i-dik aminosav amid N és H fehérjékben így a természetes C (98.93 %) izotópokat C-re,
12
13
14
15
atomját korrelálja az i-dik és i-1-dik aminosav C és C β a N (~99.63 %) izotópokat N-re kell mesterségesen cserélni.
α
atomjával. A másik, ún. CBCACONNH mérés az i-dik Leggazdaságosabban ez ún. rekombináns DNS-technológiával
oldható meg, melynek során a fehérjét erre alkalmas
aminosav amid N és H atomját korrelálja az i-1-dik gazdasejtben (pl. E. coli baktérium) termeltetjük C, N-jelzett
15
13
13
15
aminosav C és C atomjával. A két mérés összevetésével tápanyagokat (pl. N NH Cl, C α-D-glükóz) tartalmazó
α
β
4
– az aminosav szekvencia ismeretében – a H, N, C , C β tápoldatban.
α
atomok rezonanciajelei az egyes aminosav egységekben
Egyes magok, pl. a F különösen széles ún. kémiai
19
dominószerűen meghatározhatók. A kiértékelést segíti, 5. árnyékolási anizotrópiával rendelkeznek, és emiatt
hogy az aminosavak C , C atomjainak rezonanciajelei rendkívül érzékenyen reagálnak a kémiai környezetben
α
β
karakterisztikus kémiai eltolódás értékeknél jelennek bekövetkező változásokra. Segítségével egészen kis
mennyiségben jelenlevő köztes (intermedier) állapotok is jól
meg. (B) A fent említett és más hasonló háromdimenziós
19
vizsgálhatók. Ráadásul a mágnesesen aktív F mag természetes
mérések kombinációjával a fehérje szinte minden egyes izotópelőfordulása 100 %, így nincs szükség izotópjelzésre.
atomjának a rezonanciajele azonosítható. Az ábrán a Hasonlóan 100 %-os természetes izotópelőfordulású az NMR-
31
fehérjék szerkezeti és dinamikai vizsgálatai során egyik aktív P-mag.
15
1
tipikusan alkalmazott kétdimenziós H- N korrelációs
Az oldatfázisú fehérje NMR vizsgálatok legfőbb limitációja
spektrum kinagyított részlete látható, amelyben minden 6. a molekulaméret. Többszáz kilodaltonos fehérjék esetén
keresztcsúcs egy-egy aminosav-egységnek felel meg, és ugyanis olyan lassú a rotációs diffúzió az oldatban, hogy az
emiatt a fehérjék „ujjlenyomat spektrumának” is szokás irányfüggő spin kölcsönhatások nem átlagolódnak megfelelően
ki, és az NMR spektrumban túl széles jeleket kapunk, amelyek
nevezni. (C) A fehérjegerinc asszignációját követően
akár el is tűnhetnek az alapvonalban. Bár folyamatosan
az aminosav oldalláncok hozzárendelését segíti, hogy születnek új megoldások a probléma csökkentésére, ez
1
1
jellegzetes H- H korrelációs mintázatot adnak. napjainkban is jelentős kihívás.
értékek, hiszen, mint említettük, ez függ az atomok kémiai NMR spektroszkópiai vizsgálatokat szilárd fázisú (por, gél)
környezetétől és emiatt gyakran a molekulaszegmensek 7. mintákon is végezhetünk. Ebben az esetben mérethatár
sincs! Így jól alkalmazhatók polimerek vagy nagy méretű
geometriájától (egy fehérje molekula esetén például függ a membrán fehérjék tanulmányozására akár olyan módon is, hogy
gerincatomok torziós szögétől, azaz más egy alfa-hélix és egy a fehérjét a fiziológiás körülményeket megközelítő membránba
béta-lánc esetén). Nagyobb makromolekulák szerkezetvizsgálata ágyazzuk. Az irányfüggő spin kölcsönhatások kiküszöbölésére
során speciális módszerekkel lehetőség van a a szilárd fázisú NMR vizsgálatok során a mintát egy a külső
mágneses térrel 54.7°-ot (ún. mágikus szög) bezáró tengely
távolságkényszereket orientációs feltételekkel is kiegészíteni, mentén nagy sebességgel (10,000-60,000 Hz) pörgetjük.
melynek során meghatározható az egyes N-H kötésvektorok
KÉMIAI PANORÁMA 30. SZÁM, 2025. ÉVFOLYAM 37