Физические методы исследования белков и нуклеиновых кислот - Лазуркина Ю.С.
Скачать (прямая ссылка):
на величину — Ям [37].
4
Сигнал нельзя увеличивать за счет увеличения радиочастотного поля #ь так как необходимо избегать насыщения. Насыщение особенно сильно сказывается при исследовании объектов с длинным временем релаксации Ти поскольку скорость восстановления больцмановского равновесия в этом случае мала. Например, из-за длинного времени релаксации и сильного насыщения ядерный резонанс в чистой воде трудно наблюдаем; для уменьшения времени релаксации и степени насыщения обычно вводят добавки парамагнитных солей, медный купорос и др.
Небольшая добавка медного купороса резко сокращает время релаксации за счет взаимодействия неспаренного электрона иона Си++ с протонами воды. Это приводит к значительному усилению сигнала протонного резонанса.
Насыщение не существенно при условии: t2^iT1T2 < 1 или
/ АН \ ‘/г
Я,<(--------) , что для 7\= 1 сек. и'бЯ = 5 гс дает Ях< 15 мгс.
\ T7'i 1 ш
В простейшем случае (линия без структуры) насыщение уменьшает интенсивность сигнала в (1 + Т2Я?711Т2) раз и во столько же раз уширяет кривую. Для линий поглощения со структурой влияние насыщения более сложное.
Высокая скорость прохождения по спектру при использовании фазового детектора также вызывает искажение формы линии ЯМР. Обычно скорость записи v и постоянную времени т ?*С-цепочки на выходе фазового детектора необходимо выбирать таким образом, чтобы
было выполнено условие то<^ —6Я [37].
6
/Ядерное диполь-дипольное взаимодействие. Рассмотрим наиболее простой случай взаимодействия двух ядер с половинными спинами.
Компонента магнитного момента одного ядра создает в точке расположения другого ядра локальное магнитное поле Ял0к:
Ялок = -^-(Зсоз20-1), г3
где г — расстояние между ядрами; 0 — угол между осью г и радиусом-вектором, соединяющим ядра.
Суммарное магнитное поле в точке расположения второго ядра равно
Я = Я0± (3 cos2 0 — 1).
В результате происходит расщепление линии ЯМР на две компоненты. Квантовомеханический расчет дает для величины расщепления дополнительный множитель 3/2:
Я = Я0 + i-JL(3cos20— 1).
0 — 2 rs
В общем случае диполь-дипольного взаимодействия многих ядер происходит уширение линии и прямое вычисление контура линии оказывается непригодным. Однако форму линии можно охарактеризовать некоторыми интегральными характеристиками — моментами линии ЯМР. Удалось показать [33], что второй момент линии поглощения ЯМР
ОО
J g{H){H-H^dH
дя2 = —------------------,
со
Jg(H)dH о
где g(H) —функция формы, все же позволяет получить очень ценную информацию о структуре вещества в твердой фазе. Значение АЯ2 легко можно получить из экспериментальной кривой графическим или численным интегрированием.
Теория Ван-Флека дает в явном виде выражение для А Яг через межъядерные вектора с учетом их ориентации относительно магнитного.поля Яо.-Поэтому можно постулировать модель структуры исследуемого вещества, в которой эти вектора приобретают значения параметров, и судить о достоверности модели путем сравнения вычисленных и измеренных значений.
Например, были получены линии поглощения ядер водорода, лития и фосфора для литиевой соли ДНК [38]. Резонанс фосфора оказался достаточно чувствительным показателем вторичной структуры ДНК- Экспериментальное значение второго момента (1,91 ±0,05 гс2) находится в хорошем соответствии с теоретиче-
ским значением для одной из возможных структур ДНК («форма в модели 3») [39].
Внутримолекулярные движения приводят к усреднению локальных магнитных полей и, следовательно, к сужению линии ЯМР. Ширина линии ЯМР полимерных молекул связана с локальной подвижностью групп и сегментов, которая, в свою очередь, определяется количеством, видом и длиной боковых цепей, наличием внутрицепочечных и межцепочечных связей. Измерения, проводимые при низких температурах, соответствуют заторможенным внутримолекулярным движениям и приближаются к модели жесткой решетки. Скачкообразное уменьшение ширины линии при повышении температуры свидетельствует о появлении новых степеней свободы и дает возможность вычислить энергии активации их размораживания, а также времена корреляции для движений, приводящих к сужению линии. Для синтетических полипептидов — полиаланина, полилейцина, полифенилаланина (ПФА), поли-у-бензилглютамата (ПГБГ), полинатрийглутама-та—температурная зависимость второго момента в значительной степени определяется движением боковых групп и сегментов [40]. При 77° К ПФА и ПГБГ имеют жесткую решетку, а у полиаланина и полилейцина остаются вращательные степени свободы части метальных групп. При увеличении температуры выше 120° К происходит размораживание вращения всех метальных групп для последних двух полимеров. Уменьшение второго момента в области 120—400° К для полилейцина и ПФА определяется увеличением средней амплитуды колебаний изобутильной и бензильиой групп соответственно.
