肽及结构分析————核磁共振

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1、核磁共振是指核磁距不为零的核，在外磁场的作用下，核自选能级发生塞曼分裂，共振吸收某一特定频率的射频辐射的物理过程。NMR谱是广泛应用的结构分析技术之一。NMR共振方法除可以了解结构外，还可以研究生物大分子的动力学性质，柔性与运动性。在肽链折叠的研究中，NMR可以捕捉和鉴定折叠中间物的产生、结构和演变。目前，多维NMR方法常规用于肽和小蛋白质的结构确证。用来阐明肽链或蛋白质三维结构的NMR研究依赖于同位素13C和15N标记及与之联用的三维和多维NMR方法。标记的肽或蛋白质可由超表达系统在同位素富集的培养介质中得到。NMR研究能应用于液相或固相。液

2、相NMR使用非晶态的样品。肽或蛋白质溶于水或非水溶剂中，溶剂也可含表面活性剂。如何得到蛋白质结晶，是X射线结构分析的主要障碍，而对于NMR研究，则不需要结晶。溶液条件可有较大变化范围。现在，甚至可以用NMR研究蛋白质的折叠过程，NMR可以提供被研究肽或蛋白质的动态图像。近年来，固相NMR也越来越多地用于膜蛋白质结构分析。化学位移植是NMR结构分析的经典参数之一。原子核处于分子内部，分子中运动的电子受到外磁场的作用，产生感生电流。这一感生电流在核上产生感生磁场，并与外磁场相互叠加，使核上受到的有效唱发生变化，这一现象称为核受到了屏蔽。由于这种屏蔽

3、作用使得同一种核由于所处的化学环境不同，核磁共振频率略有不同，这称为化学位移。化学位移常以δ表示，为了确定δ大小，选一个参比核，规定其化学位移为0.对于1H谱常以四甲基硅烷为参比。13C谱、31P谱的参比物分别是CS2正磷酸。较大分子的不充分信号分散需要其他参数。典型的参数有标量耦合和偶极耦合用于核的确定。偶极耦合尤其能提供关于核间的空间相互关系的有价值的数据。通常，这些核间距对于阐明三维结构是必不可少的，它们与其他几何限制元素一起，应用于蛋白质或肽的三维结构计算。为了确定肽的三维结构，对NMR谱的所有信号，应确定其相应氨基酸残基的归属。如果肽

4、序列已知，通常是合成或超表达获得的化合物，其一级结构可用残基间偶极耦合信号证实。如果序列是未知的，可又偶极耦合谱的分析建立起来。用多维NMR谱结合计算机模拟测定肽链或蛋白质 溶液中的三维结构一般按如下步骤进行：1、选择最适合温度、PH及溶液条件，在D2O和H2O中分别作一系列异核三共振核磁共振波谱实验；2、根据蛋白质的一级结构进行主链与侧链认证；3、根据核overhauser效应关系得到核与核之间距离的信息；4、确定二级结构单元；5、根据质子对距离的信息，用计算机图像系统或距离几何法搭出模型；6、用能量优化法或分子动力学模拟进行结构修正。当应用

5、于构象限制的肽时，NMR在确定其三维结构的研究上尤其有用，如环肽或含立体位阻的氨基酸的肽。在溶液中，线性的非限制性肽通常极其伸缩性而没有优势构象。NMR法在精度上不如X线衍射法，但由于X线衍射只能测定晶体结构，因而NMR已发展成目前测定生物大分子在溶液或非晶体中动态结构的最佳手段。