2015年第09讲+NMR核磁共振技术的应用.ppt

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1、NMRSpectroscopyinBiophysics核磁共振技术的生物物理学应用1核磁共振基本原理半数以上的原子核具有自旋，旋转时产生一小磁场。当加一外磁场，这些原子核的能级将分裂，即塞曼效应。2B(magneticfield)Energynuclearspin,I=½+½-½产生核磁共振的基本条件核磁共振基本原理3Thespectrometer4核磁共振基本原理Figure.测定在强磁场中的样品。图中标示出了在液氮和液氦冷却下的核磁仪内部，把脉冲无线电波发射到样品上，从而得到样品的响应电频信号，分析

2、此响应信号即得到NMR谱图。5化学位移(Thechemicalshift)化学位移取决于原子的化学环境:•theatomtype(NH,aliphaticCH,aromaticCH,...)•theaminoacidtype(Ala,Phe,...)•thechemical(spatial)environmentTheresonantfrequencyofacertainatomiscalledchemicalshift.Forconvenience,thechemicalshiftisexpresse

3、dasfollows:n(sample)–n(reference)spectrometerfrequency(ppm)=106•6The1DspectrumofapeptideNHCHCNOHCH28765432ppm7自旋耦合(spincoupling)邻近质子之间会因互相之间的作用影响对方的核磁共振吸收,并引起谱线增多。这种原子核之间的相互作用称为自旋偶合(spincoupling)。因自旋偶合而引起的谱线增多的现象称为自旋-自旋裂分，简称自旋裂分。8NOE效应由于二个核的空间位置很靠近，相互弛豫较

4、强，当A受到磁照射达饱和时,它要把能量转移给B，于是B吸收的能量增多，共振信号增大。这一效应的大小与核间距离的六次方成反比。自旋偶合是解决氢基团之间相邻的关系，它们之间的能量是通过键(n<3)传递的。NOE效应是描述氢原子之间的空间相近。9TheassignmentproblemWhichresonancecorrespondstowhichatom?NHCHCNOHCH3CHH3Cthrough-bondsmagnetizationtransfer(J-couplings)through-spacem

5、agnetizationtransfer(NOE)10The2DspectrumTheinformationcontainedin1Dspectracanbeexpandedinasecond(frequency)dimension2DNMRIna1Dexperimentaresonance(line)isidentifiedbyasinglefrequency:NH(f1nh)In2Dspectra,aresonance(cross-peak)isidentifiedbytwodifferentfr

6、equencies:NH(f1nh,f2ha)NH(f1nh,f2ha)Usually,thesecondfrequencydependsonhowtheNMRexperimentisdesigned.f1f211The2Dspectrumofapeptide(DQF-COSY)Ac-GRGGFGGRG-NH2NHCHCNOHCH2Ph12+NHCHCNOHCH2~++++++++NOESY谱:确定核在空间相对位置的2D谱13发展历史1924年Pauli假设特定的原子核具有自旋和磁矩，放入磁场中会产生

7、能级分裂1952年Stanford大学的Bloch和Harvard大学的Purcell各自独立证实了上述假设，获NobelPrize1953年，诞生第一台NMR仪器FT-NMR1991年，Ernst对高分辨核磁共振方法发展，获NobelPrize2002年，生物大分子的核磁分析获NobelPrize14从2002年诺贝尔化学奖说起15溶液中测定生物大分子结构原理:选择生物大分子中的质子(氢原子核)作为测量对象，利用核磁共振技术连续测定所有相邻的两个质子之间的距离和方位，这些数据经计算机处理后就可形成生

8、物大分子的三维结构。16首个利用NMR测定的蛋白1985年,维特里希等人公布了第一次利用NMR法测定的溶液中蛋白质，蛋白酶抑制剂IIA(proteinaseinhibitorIIA)的结构。1990年用NMR测定的蛋白质结构有23个,而到1994年一年测定的蛋白质结构数上升到100个。17利用NMR测定蛋白感染素1997年,维特里希应用NMR方法首次测定了蛋白感染素(prionprotein)的结构。PDBID:1AG218作业:在PDB数