Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Гетероядролық бір кванттық когеренттілік немесе гетероядролық бір кванттық корреляция эксперименті, әдетте HSQC деп қысқартылады, органикалық молекулалардың ЯМР спектроскопиясында жиі қолданылады және протеин ЯМР саласында ерекше маңызға ие. Экспериментті алғаш рет 1980 жылы Джеффри Боденхаузен және Д. Дж. Рубен сипаттады. Алынған спектр екі өлшемді (2D) болып табылады, оның бір осі протонға (1H) және екіншісі гетероядроға (протоннан өзге атом ядросы) арналған, ол көбінесе 13C немесе 15N болады. Спектрде қарастырылып отырған гетероядроға байланысқан әрбір бірегей протон үшін шық бар. 2D HSQC сондай-ақ NOESY HSQC немесе TOCSY HSQC сияқты жоғары өлшемді ЯМР эксперименттерінде басқа эксперименттермен біріктірілуі мүмкін.
The heteronuclear single quantum coherence or heteronuclear single quantum correlation experiment, normally abbreviated as HSQC, is used frequently in NMR spectroscopy of organic molecules and is of particular significance in the field of protein NMR. The experiment was first described by Geoffrey Bodenhausen and D. J. Ruben in 1980. The resulting spectrum is two dimensional (2D) with one axis for proton (1H) and the other for a heteronucleus (an atomic nucleus other than a proton), which is usually 13C or 15N. The spectrum contains a peak for each unique proton attached to the heteronucleus being considered. The 2D HSQC can also be combined with other experiments in higher dimensional NMR experiments, such as NOESY HSQC or TOCSY HSQC.
Жалпы жүйе
HSQC эксперименті – өте сезімтал 2D ЯМР эксперименті болып табылады және алғаш рет 1H—15N жүйесінде сипатталған, бірақ 1H—13C және 1H—31P сияқты басқа ядроларға да қолданылады. Бұл эксперименттің негізгі схемасы протоннан екінші ядроға – 15N, 13C немесе 31P – магниттелуді INEPT (поляризациялық трансфер арқылы сезімтал ядроларды күшейту) қадамы арқылы беруді қамтиды. Белгілі бір уақыт кешігуден (t1) кейін магниттелу ретро INEPT қадамы арқылы протонға қайта беріледі, содан кейін сигнал тіркеледі. HSQC-де уақыт кешігуі t1 ұлғаятылатын эксперименттер сериясы жүргізіледі. 1H сигналы әр экспериментте тікелей өлшенетін өлшемде анықталады, ал 15N немесе 13C химиялық ығысуы эксперименттер сериясынан құралатын жанама өлшемде тіркеледі.
The HSQC experiment is a highly sensitive 2D NMR experiment and was first described in a 1H—15N system, but is also applicable to other nuclei such as 1H—13C and 1H—31P. The basic scheme of this experiment involves the transfer of magnetization on the proton to the second nucleus, which may be 15N, 13C or 31P, via an INEPT (Insensitive nuclei enhanced by polarization transfer) step. After a time delay (t1), the magnetization is transferred back to the proton via a retro INEPT step and the signal is then recorded. In HSQC, a series of experiments is recorded where the time delay t1 is incremented. The 1H signal is detected in the directly measured dimension in each experiment, while the chemical shift of 15N or 13C is recorded in the indirect dimension which is formed from the series of experiments.
1H15N HSQC
15N HSQC эксперименті ақуыздық ЯМР-де ең көп тіркелетін эксперименттердің бірі болып табылады. HSQC эксперименті 15N изотопының табиғи молымен орындалуы мүмкін, бірақ әдетте ақуыздық ЯМР үшін изотоптық белгіленген ақуыздар қолданылады. Мұндай белгіленген ақуыздар әдетте 15N белгіленген ортада өсірілген жасушаларда ақуызды экспрессиялау арқылы жасалады. Пролиннен басқа ақуыздың әрбір қалдығында пептидтік байланыстағы азотқа қосылған амид протоны болады. HSQC азот пен амид протоны арасындағы корреляцияны қамтамасыз етеді, ал әрбір амид HSQC спектрінде шың береді. Сондықтан әрбір қалдық (пролиннен басқа) спектрде байқалатын шың тудырады, бірақ практикада көптеген факторларға байланысты барлық шыңдар әрқашан көрінбейді. Әдетте N-терминалды қалдық (NH3+ тобы бар) еріткіштегі алмасуға байланысты оңай байқалмайды. Тірек амидтік резонанстардан басқа, азот байланысқан протондары бар тізбектер де шыңдар тудырады. Типик HSQC спектрінде аспарагин мен глутаминнің бүйірлік тізбектеріндегі NH2 шыңдары оң жақ жоғарғы бұрышта қос нүкте ретінде көрінеді, ал әр шыңның үстінде D2O қосылған ЯМР үлгісінен болатын деутерий алмасуынан кішірек шың пайда болуы мүмкін, бұл бүйірлік тізбек шыңдарына ерекше сипат береді. Триптофанның бүйірлік тізбегіндегі амин шыңдары әдетте төмен жиілікке қарай ығыстырылады және төменгі сол жақ бұрыштың жанында пайда болады. Глициннің тірек амидтік шыңдары әдетте спектрдің жоғарғы жағында пайда болады. 15N HSQC әдетте резонанстарды тағайындау үшін алғашқы гетероядролық спектр болып табылады, онда әрбір амидтік шың ақуыздағы нақты қалдыққа тағайындалады. Егер ақуыз бүктеліп болса, шыңдар әдетте жақсы таралады және көптеген жеке шыңдарды ажыратуға болады. Егер спектрдің ортасында күшті үсті-үстіне түсетін шыңдардың үлкен кластері болса, бұл ақуызда маңызды құрылымсыз элементтердің бар екенін көрсетеді. Резонанстардың күшті үсті-үстіне түсуі болған жағдайда спектрдегі резонанстарды тағайындау қиын болуы мүмкін. HSQC спектрін тағайындау үшін басқа эксперименттер қажет, идеалды жағдайда 15N және 13C белгіленген ақуыздармен үштік резонанстық эксперименттерді пайдалану қажет, бұл қалдықтар арасындағы тізбекті байланыстарды қамтамасыз етеді, соның арқасында резонанстар нақты қалдықтармен байланыстырылып, тізбектеп тағайындалады. Спектрді тағайындау құрылымды анықтау және релаксация талдауы сияқты күрделі ЯМР эксперименттерін мағыналы түрде түсіндіру үшін маңызды. 15N изотобымен белгіленген химиялық заттар салыстырмалы түрде арзан, ал 15N HSQC - сезімтал эксперимент, спектрді салыстырмалы түрде қысқа уақытта алуға болады, сондықтан 15N HSQC кандидаттарды ЯМР арқылы құрылымды анықтауға жарамдылығын тексеру үшін, сондай-ақ үлгі жағдайларын оңтайландыру үшін жиі қолданылады. Құрылымды анықтаудың ұзақ процесі әдетте жақсы HSQC спектрін алу мүмкін болмайынша бастамайды. HSQC эксперименті ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесуіндегі байланыс бетін анықтауға, сондай-ақ дәрі-дәрмектер сияқты лигандтармен өзара әрекеттесуді анықтауға да пайдалы. Азат ақуыздың HSQC-ін лигандқа байланысқан HSQC-мен салыстыру арқылы кейбір шыңдардың химиялық ығысуындағы өзгерістерді байқауға болады, және бұл шыңдар байланысқа байланысты химиялық ығысулары өзгерген байланыс бетінде орналасқан болуы мүмкін. 15N HSQC ақуыздардың молекулалық динамикасын зерттеуде, иондалу тұрақтысын анықтауда және басқа зерттеулерде релаксациялық талдауда да қолданылуы мүмкін.
The 15N HSQC experiment is one of the most frequently recorded experiments in protein NMR. The HSQC experiment can be performed using the natural abundance of the 15N isotope, but normally for protein NMR, isotopically labeled proteins are used. Such labelled proteins are usually produced by expressing the protein in cells grown in 15N labelled media. Each residue of the protein, with the exception of proline, has an amide proton attached to a nitrogen in the peptide bond. The HSQC provides the correlation between the nitrogen and amide proton, and each amide yields a peak in the HSQC spectra. Each residue (except proline) therefore can produce an observable peak in the spectra, although in practice not all the peaks are always seen due to a number of factors. Normally the N terminal residue (which has an NH3+ group attached) is not readily observable due to exchange with solvent. In addition to the backbone amide resonances, sidechains with nitrogen bound protons will also produce peaks. In a typical HSQC spectrum, the NH2 peaks from the sidechains of asparagine and glutamine appear as doublets on the top right corner, and a smaller peak may appear on top of each peak due to deuterium exchange from the D2O normally added to an NMR sample, giving these sidechain peaks a distinctive appearance. The sidechain amine peaks from tryptophan are usually shifted downfield and appear near the bottom left corner. The backbone amide peaks of glycine normally appear near the top of the spectrum. The 15N HSQC is normally the first heteronuclear spectrum acquired for the assignment of resonances where each amide peak is assigned to a particular residue in the protein. If the protein is folded, the peaks are usually well dispersed, and most of the individual peaks can be distinguished. If there is a large cluster of severely overlapped peaks around the middle of the spectrum, that would indicate the presence of significant unstructured elements in the protein. In such cases where there are severe overlap of resonances the assignment of resonances in the spectra can be difficult. The assignment of the HSQC spectrum requires other experiments, ideally using triple resonance experiments with 15N and 13C labelled proteins, that provide sequential connectivities between residues so that the resonances can be linked to particular residues and sequentially assigned. The assignment of the spectrum is essential for a meaningful interpretation of more advanced NMR experiments such as structure determination and relaxation analysis. Chemicals labelled with 15N isotope are relatively inexpensive, and the 15N HSQC is a sensitive experiment whereby a spectrum can be acquired in a relatively short time, the 15N HSQC is therefore often used to screen candidates for their suitability for structure determination by NMR, as well as optimization of the sample conditions. The time consuming process of structure determination is usually not undertaken until a good HSQC spectrum can be obtained. The HSQC experiment is also useful for detecting binding interface in protein protein interaction, as well the interactions with ligands such as drugs. By comparing the HSQC of the free protein with the one bound to the ligand, changes in the chemical shifts of some peaks may be observed, and these peaks are likely to lie on the binding surface where the binding perturbed their chemical shifts. The 15N HSQC may also be used in relaxation analysis in the studies of molecular dynamics of proteins, the determination of ionization constant, and other studies.
1H13C HSQC
Бұл тәжірибе көміртек пен оған қосылған протон арасындағы корреляцияны анықтайды. 1H—13C HSQC экспериментінің тұрақты уақыт (CT) нұсқасы көбінесе қолданылады, себебі ол гомоядролық 13C—13C J жұптасуларынан туындайтын сигналдың бөліну мәселесін шешіп, спектрлік ажыратымдылықты арттырады. "Тұрақты уақыт" – бұл экспериментте өзгермейтін екі INEPT қадамы арасындағы эволюция кезеңінің толық ұзақтығын білдіреді. Егер бұл эволюция кезеңі J жұптасу тұрақтысының кері шамасына тең болса, онда бір жұп алифалық көміртектері бар көміртектердің магниттелу белгісі, жұп санды алифалық көміртектері бар көміртектерден өзгеше болады. Мысалы, егер лейциннің Cβ оң пік ретінде (2 алифалық көміртек қосылған) байқалса, онда Cγ (3 алифалық көміртек қосылған) және Cα (1 алифалық көміртек қосылған) теріс піктер болып көрінеді.
This experiment provides correlations between a carbon and its attached protons. The constant time (CT) version of 1H—13C HSQC is normally used as it circumvents the issue of splitting of signal due to homonuclear 13C—13C J couplings which reduces spectral resolution. The "constant time" refers to the entire evolution period between the two INEPT steps which is kept constant in this experiment. If this evolution period is set to be the inverse of the J coupling constant, then the sign of the magnetization of those carbons with an odd number of aliphatic carbon attached will be opposite to those with an even number. For example, if the Cβ of leucine appears as a positive peak (2 aliphatic carbons attached), then the Cγ (3 aliphatic carbons attached) and Cα (1 aliphatic carbons attached) would appear negative.
1H31P HSQC
1H—31P HSQC липидомикада салыстырмалы түрде сирек қолданылады, бірақ 31P-ді липидомикада қолдану 1990 жылдарға дейін жетеді. Бұл техниканы қолдану үлгінің көлеміне қатысты массалық спектрометриямен салыстырғанда шектеулі, алайда 1H—31P HSQC-ті массалық спектрометриямен біріктіру липидомикаға толыққанды көзқарас деп есептеледі және "қос спектроскопия" техникалары қолжетімді бола бастады.
The use of 1H—31P HSQC is relatively uncommon in lipidomics, however use of 31P in lipidomics dates back to the 1990s. The use of this technique is limited with respect to mass spectrometry due to its requirement for much bigger sample size, however the combination of 1H—31P HSQC with mass spectrometry is regarded as a thorough approach to lipidomics and techniques for 'dual spectroscopy' are becoming available.
Жалпы сілтемелер
Протеин НМР спектроскопиясы: принциптері мен практикасы (1995) Джон Кавана, Уэйн Дж. Фэрбротер, Артур Г. Палмер III, Николас Дж. Скелтон, Академиялық баспа.
Protein NMR Spectroscopy : Principles and Practice (1995) John Cavanagh, Wayne J. Fairbrother, Arthur G. Palmer III, Nicholas J. Skelton, Academic Press