核磁共振应用

《核磁共振应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、核磁共振技术原理及其在蛋白质研究中的应用刘畅(桂林理丄大学环境科学与丄程学院，广西桂林541006)摘要：核磁共振(NMR)是一种不破坏样品的无损伤分析技术，是分子结构分析不可或缺的手段。随卷新技术、新方法的不断发展，其研究领域和应用范围已扩展到了儿乎所奋的&然科学领域。文章简要叙述了核磁共振技术的基本原理，以及其在缶白质研究屮的应用。关键词：核磁丼振；蛋白质；结构解析中图分类号：Q71文献标识码：A1引言核磁K•振波错(nuclearmagneticrcsonaneespectroscopy,NMR)足分了•结构分析中一种重要的波谱学研究手段，它能够提供原了-

2、水平的分子平而和立体结构，以及动态信息［1"B1945年观察到凝聚态物质的NMR现象之后，经过60多年的发展，NMR的研究领域和应用范围已经从物理学延仲到化学、生物学、医学、材料科学、信息学等儿乎所有A然科学领域。先后有5次诺W尔奖授予Z核磁井振研究工作者，艽中物理学奖两次(Rabi,1944年;Bloch和Pur-cell,1952年)，化学奖两次(Ernst,1991年；Wthrich等，2002年)，生理和医学奖一次(La-uterbur和Mansfield,2003年)。NMR在生物学领域的应川最为广泛也最受关注，与其他分析技术相比，核磁井振技术具冇以

3、下儿个特点:(1)无损伤性，不破坏样品的结构和性质，无辐射损伤［41;(2)不需提取分离或只需简单预处理即讨同时测定多种成分；(3)实验方法灵活多样。151经过二十多年的发展，核磁共振技术已经发展成为除X射线晶体衍射技术之外另一种可行的确定蛋白质空间结构的方法。由于其测试灵敏、技术方法齐全，在表征抗原抗体反应的微观结构上有着广泛的运用，并在蛋白质领域得到迅速发展

4、6"81。2核磁共振技术原理核磁共振光谱和传统的光谱有一定的相似性，传统光谱为电了吸收能S从菇态跃迁到激发态，而核磁井振光谱则足原了核吸收了能量从基态跃迁到激发态。有所不M的是核磁丼振光谱需要将样品置于

5、外磁场中才能够使得原子核裂分出两个到多个能级，改变Y外加磁场的场强，就改变了原子核的特征频率。另外核磁共振激发态的寿命是电子激发态寿命的109倍，更长的寿命使得谱图的线宽更窄，使得吸收能量的过程中核A旋的微小差异都可以被观测到，同时氏时间处于激发态也使得能fi能够从一个核自旋传递到另一个，使得多维核磁实验成为可能，最后长寿命的激发态使核磁共振光谱在分了•动力学测暈上能够具有很宽的可供研究的吋间度。［9调在液体核磁中，样品管被放置在外强磁场Bg屮，NMR可检测的原子核磁距沿着磁场的Z方向有序的排列。在外磁场作用下，核磁转到x、y平而，核磁跑进行拉序进动。由于局部磁

6、场的扰动，样品屮的原子核以各fl不M的速率进动。这些扰动受蛋白质结构、侧链带电性、芳香环电流、化学键的扭角和氣键结合的影响。原了核磁矩u和自旋角动量P之比为一常数：/=P=gN/2mP=gN*nN/h一/称为磁旋比；h足普朗克常数；m是原子核的磁量子数。/与核的质量、所带电荷以及朗德W子冇关。/是原了•核的基木属性之一。不同的原子核的/值不同，核的旋磁比/越人，核的磁性越强，4:核磁丼振中越容易被检测。下表1是一些常见核的性质。农1儿种核的性质U11同位素I天然丰度(%)u//107绝对灵敏度共振频率（MHz）/B=7.0463T'H1/299.982.792

7、6.751.003002H10.0150.861.45*1O'646.0513C1/21.110.406.731.76*l（r475.43,4n199.630.40L0P10'321.67,5n1/20.37-0.28-2.741.85*1O'630.40,9f1/21002.6325.180.83282.233,p1/21001.1310.846.63W2121.40奩力轴图1核的进动拉摩进动：当磁核处于一•个均匀的外磁场Bo巾，核因受到Bo产生的磁场力作用围绕着外磁场方向作旋转运动，同时仍然保持图1核的进动拉摩进动：当磁核处于一•个均匀的外磁场Bo巾，核因

8、受到Bo产生的磁场力作用围绕着外磁场方向作旋转运动，同时仍然保持本身的自旋。这种运动方式称为进动或拉摩进动(Larmorprocess)，它与陀螺在地球91力作用下的运动方式相似。如图1所示。3核磁共振在蛋白质研究中的应用蛋白质在稀溶液状态下，可通过核磁共振技术得到反/.、V位点的NMR参数来决定蛋白质的三级结构。这些参数包括弛豫时间(relaxation)、化学位移(chemicalshift)、自旋祸合(spincoupling)，NOE效应(nuclearoverhausereffect)、磁化专移(magnetizationtransfer)、自旋标记

9、(spinlabelin