蛋白质核磁脉冲序列分析

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1、蛋白质核磁脉冲序列分析阮科kruan@ustc.edu.cn生物大分子波谱学原理吴季辉脉冲序列基本原则1、平衡态密度算符：SgIIZ，如15N标记蛋白，gHHZ+gNNZ2、Delay时期，Hamilton算符为wIIZ+wSSZ+pJIzSz(两核体系），多核体系包括所有的化学位移算符和可能的J耦合算符3、短的硬脉冲，一般只考虑脉冲所起的作用（90，180…)，忽略化学位移和J演化4、大多成形脉冲可以近似为90/180脉冲5、Ix/y/z—Ix/y/z?Ix/y/z—Ix/y/zSx/y/z?生物

2、大分子波谱学原理吴季辉IxIyIzIxIySzIzSz脉冲序列分析基本思路1、乘积算符基本单元：自旋回波，INEPT,COSY,TOCSY，NOESY2、相干传递途径从0开始，-1接收自由进动时相干阶不变，只有脉冲才能改变相干阶相干传递途径只画出想要的途径3、相位循环脉冲相位变化f，则相干阶Dp经历的相位变化为-fDp，即接收相位变化。若相位循环为360/N，Dp为想要的相干阶变化，则Dp+nN（n=…-3,-2-1,0,1,2,3…)也被选择，其它被抑制生物大分子波谱学原理吴季辉t1t2t1-t2脉冲

3、序列分析基本思路4、梯度场可作为z向的脉冲处理Gz–180–Gz：完善180度脉冲乘积算符z向后，+强梯度：除去所有的非z向相干阶梯度选择Gz/gS–RevINEPT–Gz/gI：5、间接维正交检波States,TPPI，States-TPPI生物大分子波谱学原理吴季辉http://www.bmrb.wisc.edu/ref_info/statful.htm#1第六章同核核磁实验方法COSY型实验多量子谱TOCSYNOESYROESY生物大分子波谱学原理吴季辉同核核磁谱生物大分子波谱学原理吴季辉同核核磁

4、谱在记录二维谱或三维谱等之前均需要记录一维氢谱，通常蛋白质溶于水或适当的缓冲液，加5-10%的D2O作为锁场介质。一维氢谱可用于检查样品是否有足够浓度，通常16－32次采样要能得到足够信噪比的谱图，甲基由于快速旋转呈现窄峰，而酰胺质子由于化学交换及14N的标量弛豫呈现宽峰；一维氢谱还可用于检查样品的共振峰宽是否合理，蛋白质在高浓度下容易聚集从而增宽谱线，严重时甚至1H谱上看不到明显的峰，样品在这种条件下显然无法进行核磁研究；一维氢谱还可用于判别样品的化学位移分布情况，可判别样品是否变性，同时也对研究工作

5、的难度提供一些预测。蛋白质的一维氢谱一般不应该有非常尖的峰，若出现这种峰，往往是残留的小分子杂质，当然蛋白质的末端及loop区由于分子运动较快也会出现一些较尖的峰。生物大分子波谱学原理吴季辉当样品条件不佳时，一维谱（以及若干信号强的二维谱如1H-15NHSQC）可用来探索适合的样品条件。生物大分子波谱学原理吴季辉ubiquitin（一种蛋白质，76个残基）的一维谱：a水溶液中，b箭头所指甲基区的放大，c8M尿素溶液中，显示变性谱。生物大分子波谱学原理吴季辉生物大分子波谱学原理吴季辉生物大分子波谱学原理吴

6、季辉生物大分子波谱学原理吴季辉COSY型实验COSYCOSY的变型RelayedCOSY多量子滤波COSYE-COSY生物大分子波谱学原理吴季辉COSY生物大分子波谱学原理吴季辉COSY(correlatedspectroscopy),是人们发明的第一种二维谱，同时也是研究蛋白质的最有用的二维谱之一。二个有J偶合的核在COSY上可产生一个交叉峰，由于蛋白质（包括多数其他有机物）中有J偶合意味着这两个核最多通过3个共价键连接，所以COSY谱对于分子结构的拓扑连接可提供非常有价值的信息。COSY生物大分子波

7、谱学原理吴季辉COSY：脉冲序列分析生物大分子波谱学原理吴季辉第一项为纵向磁化，第二项为多量子项，均不能被观测到；第三项仍然是第一核的横向磁化，在检测期的频率同演化期类似，均是第一核的，对应于对角峰；第四项是第二核的反向磁化，在检测期的频率为第二核的化学位移，与演化期不同，对应于交叉峰，这是二维谱最有意义的峰。COSY：脉冲序列分析生物大分子波谱学原理吴季辉COSY生物大分子波谱学原理吴季辉COSY的交叉峰为反相峰，这一点非常重要，决定了COSY型实验采样及处理时需要注意的问题。而交叉峰与对角峰在相位相

8、差90度，对于谱图在对角线附近的质量有重要的影响。COSY生物大分子波谱学原理吴季辉F应用在高场区由于化学位移的简并，谱峰的重叠，对角峰的干扰，通常不容易由COSY辨认整个自旋系统，在蛋白质COSY特别有用处是用于检查所谓的指纹区特别是酰胺质子与质子的交叉峰。在这个区域，脯氨酸由于没有氨基没有交叉峰；甘氨酸有两个质子故有两个交叉峰（除非两者的化学位移相同）；N端残基上的NH由于与水交换快也没有交叉峰。除特殊情况外，对于不大的蛋白质，所有