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.

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.

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.

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.

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.

Жалпы сілтемелер

Протеин НМР спектроскопиясы: принциптері мен практикасы (1995) Джон Кавана, Уэйн Дж. Фэрбротер, Артур Г. Палмер III, Николас Дж. Скелтон, Академиялық баспа.