Гетероядерная одноквантовая когерентная спектроскопия - Heteronuclear single quantum coherence spectroscopy

В гетероядерная одноквантовая когерентность или же гетероядерная одноквантовая корреляция эксперимент, обычно сокращенно HSQC, часто используется в ЯМР спектроскопия органических молекул и имеет особое значение в области белок ЯМР. Впервые эксперимент был описан Джеффри Боденхаузен и Д. Дж. Рубен в 1980 г.[1] Результирующий спектр двумерный (2D) с одной осью для протона (1H), а другой - для гетероядра (an атомное ядро кроме протона), который обычно 13C или же 15N. Спектр содержит пик для каждого уникального протона, присоединенного к рассматриваемому гетероядру. 2D HSQC также можно комбинировать с другими экспериментами в экспериментах с ЯМР более высокой размерностью, такими как NOESY-HSQC или TOCSY-HSQC.

Общая схема

Эксперимент HSQC - очень чувствительный 2D-ЯМР эксперимент и впервые был описан в 1ЧАС-15Система N, но также применима к другим ядрам, таким как 1ЧАС-13C и 1ЧАС-31P. Основная схема этого эксперимента включает передачу намагниченности протона второму ядру, которое может быть 15N, 13C или 31P через INEPT (Нечувствительные ядра, усиленные передачей поляризации) ступень. Через некоторое время (т1), намагниченность передается обратно протону через шаг ретро-INEPT, и затем сигнал записывается. В HSQC записывается серия экспериментов, в которых время задержки т1 увеличивается. В 1Сигнал H обнаруживается в измеряемом напрямую измерении в каждом эксперименте, в то время как химический сдвиг из 15Ни 13C записывается в косвенном измерении, которое формируется из серии экспериментов.

HSQC в белковом ЯМР

Основная статья: белок ЯМР

1ЧАС-15N HSQC

1ЧАС-15Схема поляризации N HSQC для белка / аминокислоты.
1ЧАС-15Спектр N HSQC фрагмента меченного изотопом белка NleG3-2. Каждый пик в спектре представляет собой связанную пару N-H, две координаты которой соответствуют химическим сдвигам каждого из атомов H и N.[2]

В 15Эксперимент N HSQC - один из наиболее часто регистрируемых экспериментов по белковому ЯМР. Эксперимент HSQC может быть проведен с использованием естественного обилия 15N изотоп, но обычно для белкового ЯМР используются белки, меченные изотопами. Такие меченые белки обычно производятся выражая белок в клетках, выросших в 15N-меченные среды.

Каждый остаток из белок, за исключением пролин, имеет протон амида, присоединенный к азот в пептидная связь. HSQC обеспечивает корреляцию между протоном азота и амида, и каждый амид дает пик в спектрах HSQC. Следовательно, каждый остаток (кроме пролина) может давать наблюдаемый пик в спектрах, хотя на практике не все пики всегда видны из-за ряда факторов. Обычно N-концевой остаток (который имеет NH3+ присоединенная группа) трудно наблюдать из-за обмена с растворителем.[3] В дополнение к резонансам амида основной цепи боковые цепи с протонами, связанными с азотом, также будут давать пики.

В типичном спектре HSQC NH2 пики из боковых цепей аспарагин и глутамин появляются в виде дублетов в правом верхнем углу, а на вершине каждого пика может появляться меньший пик из-за дейтерийный обмен от D2О обычно добавляют к образцу ЯМР, придавая этим пикам боковой цепи характерный вид. Пики аминов боковой цепи триптофана обычно смещены в нижнее поле и появляются в нижнем левом углу. Амидные пики основной цепи глицин обычно появляются в верхней части спектра.

В 15N-HSQC обычно является первым гетероядерным спектром, полученным для определения резонансов, где каждый пик амида соответствует определенному остатку в белке. Если белок сложен, пики обычно хорошо диспергированы, и можно различить большинство индивидуальных пиков. Если есть большой кластер сильно перекрывающихся пиков вокруг середины спектра, это может указывать на присутствие значительных неструктурированных элементов в белке. В таких случаях, когда имеется сильное перекрытие резонансов, отнесение резонансов в спектрах может быть затруднено. Назначение спектра HSQC требует других экспериментов, в идеале с использованием эксперименты с тройным резонансом с 15N и 13С-меченые белки, которые обеспечивают последовательную связь между остатками, так что резонансы могут быть связаны с конкретными остатками и последовательно назначены. Назначение спектра необходимо для осмысленной интерпретации более сложных экспериментов ЯМР, таких как определение структуры и расслабление анализ.

Химические вещества, помеченные 15N изотоп относительно недороги, а 15N HSQC - это чувствительный эксперимент, в котором спектр может быть получен за относительно короткое время, 15N HSQC поэтому часто используется для проверки кандидатов на соответствие структура определение методом ЯМР, а также оптимизация условий образца. Длительный процесс определения структуры обычно не предпринимается, пока не будет получен хороший спектр HSQC. Эксперимент HSQC также полезен для обнаружения границы связывания во взаимодействии белок-белок, а также взаимодействия с лиганды например, наркотики. При сравнении HSQC свободного белка с белком, связанным с лигандом, можно увидеть изменения в химические сдвиги некоторых пиков могут наблюдаться, и эти пики, вероятно, лежат на поверхности связывания, где связывание нарушает их химические сдвиги. В 15N HSQC также может быть использован в релаксационном анализе при изучении молекулярной динамики белков, определении константа ионизации, и другие исследования.

1ЧАС-13C HSQC

Этот эксперимент обеспечивает корреляцию между углеродом и присоединенными к нему протонами. Версия постоянного времени (CT) 1ЧАС-13C HSQC обычно используется, поскольку он позволяет избежать расщепления сигнала из-за гомоядерного 13C—13C J связи, снижающие спектральное разрешение.[4] «Постоянное время» относится ко всему периоду эволюции между двумя шагами INEPT, который в этом эксперименте поддерживается постоянным. Если этот период эволюции задан как обратный J-муфта константа, то знак намагниченности атомов углерода с нечетным числом присоединенных алифатических атомов углерода будет противоположен знаку намагниченности атомов углерода с четным числом. Например, если Cβ из лейцин появляется как положительный пик (присоединены 2 алифатических атома углерода), тогда Cγ (Присоединены 3 алифатических атома углерода) и Cα (1 присоединенный алифатический углерод) будет отрицательным.

HSQC в липидном ЯМР

1ЧАС-31P HSQC

Использование 1ЧАС-31P HSQC относительно редко встречается в липидомике, однако использование 31P в липидомике восходит к 1990-м годам.[5] Использование этого метода ограничено по отношению к масс-спектрометрии из-за требований к гораздо большему размеру образца, однако сочетание 1ЧАС-31P HSQC с масс-спектрометрией считается основательным подходом к липидомике, и становятся доступными методы «двойной спектроскопии».[6]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Bodenhausen, G .; Рубен, Д.Дж. (1980). «ЯМР азота-15 в естественном содержании с помощью усиленной гетероядерной спектроскопии». Письма по химической физике. 69 (1): 185–189. Bibcode:1980CPL .... 69..185B. Дои:10.1016/0009-2614(80)80041-8.
  2. ^ Ву, Бин; Скарина, Татьяна, Йи, Аделинда, Джобин, Мари-Клод, ДиЛео, Роза, Семези, Энтони, Фарес, Кристоф, Лемак, Александр, Кумбс, Брайан К., Эроусмит, Шерил Х., Певица, Александр У., Савченко, Алексей, Стеббинс, К. Эрек (июнь 2010 г.). «Эффекторы NleG типа 3 от энтерогеморрагической Escherichia coli представляют собой убиквитин-лигазы U-Box E3». Патогены PLOS. 6 (6): e1000960. Дои:10.1371 / journal.ppat.1000960. ЧВК  2891834. PMID  20585566.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  3. ^ Стивен М. Паскаль (2008). Учебник по ЯМР: подход на основе HSQC с векторной анимацией. ТОО "IM Publications". С. 29–31. ISBN  978-1901019087.
  4. ^ Гиртен В. Вуистер и Ад Бакс (1992). «Повышение разрешения и спектральное редактирование белков с однородным 13С-обогащением за счет гомоядерной широкополосной 13С-развязки» (PDF). Журнал магнитного резонанса. 98 (2): 428–435. Bibcode:1992JMagR..98..428V. Дои:10.1016 / 0022-2364 (92) 90144-в.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  5. ^ Боско, М .; Culeddu, N .; Тоффанин, Р .; Поллеселло, П. (1997). "Системы органических растворителей для ядерно-магнитно-резонансного анализа 31P фосфолипидов лецитина: приложения к экспериментам по двумерной гетероядерной квантовой когерентности с усиленным градиентом 1H". Аналитическая биохимия. 245 (1): 38–47. Дои:10.1006 / abio.1996.9907.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  6. ^ Фурс, Самуэль; Фернандес-Твинн, Дениз; Дженкинс, Бенджамин; Мик, Клэр Л .; Williams, Huw E .; Smith, Gordon C.S .; Чарнок-Джонс, Д. Стивен; Ozanne Susan, E .; Коулман, Альберт (2020). «Платформа с высокой пропускной способностью для подробного липидомного анализа различных тканей мыши и человека». Аналитическая и биоаналитическая химия. 412: 2851–2862. Дои:10.1007 / s00216-020-02511-0.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)

Общие ссылки

  • ЯМР-спектроскопия белков: принципы и практика (1995) Джон Кавана, Уэйн Дж. Фэйрбротер, Артур Г. Палмер III, Николас Дж. Скелтон, Academic Press

внешняя ссылка