生物大分子溶液结构的nmr测定法

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1、维普资讯http://www.cqvip.com一第15卷第6期荆门职业技术学院学报2000年】】月’_0l15No6J。u皿al。fJ掣n’娃ioⅡa1％chn／ealCoBege，％200D生物大分子溶液结构的NMR测定法李文辉囹7／(荆门职业技术学院化学工程系，湖北荆门448(x)o)O67t2定生物大分子在溶液中的三维结构的最强有力的手段目前已有17C0多十生物大分子的溶液结构用高分辨NM1t技术进行了测定该文简要综述了这一高新技术的特点、洲定流程，并分析了若干实例[关键词]塑壁苎竖；兰；兰旦誊；苎2-朔太

2、；予，[中图分类号]Q71[文献标识码][文章号]1C08—4657(2~oo)o6—0083—06蛋白质和核酸是与生命直接相关的最重要的两类物质，其生物活性与它们的结构紧密相关，因此，测定它们在溶液中的主体结构有着重要的意义．蛋白质的结构最早用x线晶体衍射甚测定，Paultng教授是蛋白质结构理论的奠基人J．Pauli*~g和Corey等人提出的以下几个原则已被实验证明是极其重要的：(1)氢键是形成多肽链折叠的重要力量，可形成口一折叠和Ⅱ一螺旋等；(2)肽的c_一N键长比单键短，比双键长，表现出部分双键，不能自由

3、转动；(3)组成肽键的6个原子处在一个平面上，且该平面＼是刚性平面；(4)C=0与N_一H或两个CH呈反式排布／l96O年Kendrew等人在世界著名期刊(Nature)上发表了第一个用x线衍射法测得的蛋白质分子——鲸鱼肌红蛋白的晶体结构’迄今，在Brcdd~aven蛋白质数据库中，用x线衍射法测得的蛋白质分子的立体结构已有数千个、在欣赏x线衍射法测定蛋白质的立体结构时，我们不该为此要将蛋白质培养成单晶，而在溶液中蛋白质结构测定目前无法完成而忘却新方法的不断探索、最近发展迅速的高场NMR仪，在测定生物大分子的溶液结

4、构中显示了强大的能力不过，Pauling的理论并未过时，也是NMR法钡j定蛋白质溶液结构的理论基础之1NMR法测定蛋白质溶液的结构1．1历史简况1945年哈佛大学的Purcell和斯坦福大学的Bloch分别用实验观察到NMR现象．因此他们于1953年荣获诺贝尔物理学奖，Variart公司也生产出了第一台NMR仪，并开始用这种仪器分析鉴定小分子化台物．随着超导磁体的开发，磁场强度不断提高，分辨率和灵敏度大为改善．NMR仪的发展筒史概括于表1中．计算机技术和谱仪的飞速发展，使得快速傅里叶变换(vr)和多维NMR法相继得

5、以实现．这些为NlVlR在生物、化学和医学中的广泛应用提供了【收稿日期】2唧一呻一05[作者简开】李文辉(19一)，男，湖北天门^．荆门职业拄术学院副教授83维普资讯http://www.cqvip.com必要的条件，Ernst因其突出贡献而荣获1992年诺贝尔化学奖表1楮磁共振仪赶展简表Wagner等认为，NMR法测定蛋白质结构的最早里程碑是美国斯坦福大学的Jardezky等的工作，他们用NMR法测定了几十种常见氨基酸的NMR图谱．他们还和他人协作，把人工智能引进NMR测定蛋白质结构的研究中．1985年瑞士的Wu

6、thrich等第一次用NMR法测定了一个蛋白质的溶液结构和蛋白酶抑制剂ⅡA的结构直到1994年，一年内测定的蛋白质的溶液结构总数已超过loo个近年来有关这方面的研究成果大量见之于各种期刊．1．2NMR法的特点NMR法的特点是：(1)可测定溶液中接近于生理状态的蛋白质构象．c2)可测定小分子和蛋白质作用的动力学过程(3)可测定蛋白质可变形的尾巴部分的构象，它往往和蛋白质的活性功能紧梧相关(4)NMR法是一种非损伤性测定法，对样品无破坏作用1．3NMR洼测定蛋白质结构的实验步骤实验步骤包括。：(1)样品制备将蛋白质溶于

7、DO或H^O中，相对分子质量大于6000的需事先用或”N、c加以标记．(2)一维NMR实验．测定HNMR谱图，用O交换以及作pH、温度的影响实验等，以获取化学位移、耦合常数及有关形成氢键等信息．(3)二维NMR实验．测定。H—HCOSY，DQF(DoubleQuantumFilter)．COSY．Relay—COSY，TOCSY，NOESY等，以确定耦台体系，辨别氨基酸类型，进行序列识别，并根据NOE信息确定各种二级结构单元等．(4)三维NMR实验．测定CBC4(CO)NH，CBC32qH，HNCO，I-LNI-L

8、a_，HCCH—COSY，NOLSY—TOCSY等的三维图谱，进一步确认各自旋体系，测定各种J，作更多的序列识别和二级结构单元确定(5)四维NMR实验．测定C／N编辑的NOESY或c，1]c编辑的NOLSY谱，对重叠严重的一些谱峰的NOE相关性进行分析．14NMR测定法的结构计算关于NMR测定法的结构计算可以概括为如下图1所示的程序：输入NOE，折叠．氢键和