이단핵 단일 양자 응집 분광법

Heteronuclear single quantum coherence spectroscopy

일반적으로 HSQC로 약칭되는 이질핵 단일 양자 일관성 또는 이질핵 단일 양자 상관관계 실험은 유기 분자의 NMR 분광법에 자주 사용되며 단백질 NMR 분야에서 특히 중요하다. 이 실험은 1980년 제프리 보덴하우젠과 D. J. 루벤에 의해 처음 설명되었다.[1] 결과 스펙트럼은 양성자(1H)를 위한 한 축과 이성핵(양자를 제외한 원자핵)을 위한 다른 축을 갖는 2차원(2D)이며, 보통 C나 N이다. 스펙트럼에는 고려 중인 헤테로뉴클레오스에 부착된 각각의 고유한 양성자에 대한 피크가 포함되어 있다. 2D HSQC는 NOESY-HSQC 또는 TOCSY-HSQC와 같은 고차원 NMR 실험의 다른 실험과도 결합될 수 있다.

일반적 계획

HSQC 실험은 매우 민감한 2D-NMR 실험이며, 처음에 15H-N 시스템에서 설명되었지만 H-C 13및 31H-P와 같은 다른 핵에도 적용된다. 이 실험의 기본 계획은 INEPT(극화 전달에 의해 강화된 무감각 핵) 단계를 통해 양성자의 자기화를 N, C 또는 P일 수 있는 두 번째 핵으로 전달하는 것을 포함한다. 시간 지연(t1) 후, 자기화는 레트로-INEPT 단계를 통해 양성자에게 다시 전달되고 그 후 신호가 기록된다. HSQC에서는 시간 지연 t가1 증가되는 일련의 실험이 기록된다. H 신호는 각 실험에서 직접 측정된 치수에서 검출되며, N 또는 C의 화학적 변화는 일련의 실험에서 형성된 간접 치수에서 기록된다.

단백질 NMR의 HSQC

주요기사 : 단백질 NMR

1H—15N HSQC

1단백질/아미노산을 위한 H–15N HSQC 양극화 계획
동위원소 라벨 단백질 NleG3-2 조각의 1H–15N HSQC 스펙트럼. 스펙트럼의 각 피크는 결합된 N-H 쌍을 나타내며, 그 두 좌표는 H 원자와 N 원자의 화학적 이동에 해당한다.[2]

N HSQC 실험은 단백질 NMR에서 가장 자주 기록되는 실험 중 하나이다. HSQC 실험은 N 동위원소의 자연적 풍부함을 이용하여 수행할 수 있지만, 일반적으로 단백질 NMR의 경우 동위원소 라벨 단백질이 사용된다. 그러한 라벨링 단백질은 보통 N 라벨링 매체에서 자라는 세포의 단백질을 표현함으로써 생성된다.

단백질의 각 잔류물은 프롤라인을 제외하고 펩타이드 결합의 질소에 아미드 양성자가 부착되어 있다. HSQC는 질소와 아미드 양성자 사이의 상관관계를 제공하며, 각 아미드는 HSQC 스펙트럼에서 피크를 산출한다. 따라서 각 잔류물(프로라인 제외)은 스펙트럼에서 관측 가능한 피크를 생성할 수 있지만, 실제로는 여러 인자로 인해 모든 피크가 항상 보이는 것은 아니다. 일반적으로 N-단자 잔류물(NH3+ 그룹이 부착되어 있음)은 용매와의 교환으로 인해 쉽게 관측할 수 없다.[3] 등뼈 아미드 공명 외에 질소를 결합한 양성자가 있는 측면 체인도 피크를 생성한다.

일반적인 HSQC 스펙트럼에서 아스파라긴과 글루타민 측면 체인의 NH2 피크는 오른쪽 상단 모서리에 이중으로 나타나며, 일반적으로 NMR 샘플에 추가되는2 DO로부터의 중수소 교환으로 인해 각 피크 상단에 더 작은 피크가 나타날 수 있어 이러한 사이드체인 피크가 독특한 외관을 가질 수 있다. 트립토판으로부터 사이드체인 아민 피크는 보통 아래로 이동하며 왼쪽 하단 모서리에 나타난다. 글리신 백본 아미드 피크는 일반적으로 스펙트럼의 상단 근처에 나타난다.

N HSQC는 일반적으로 각 아미드 피크가 단백질의 특정 잔류물에 할당되는 공명 배정을 위해 획득한 최초의 이핵 스펙트럼이다. 단백질을 접으면 보통 봉우리들이 잘 흩어져 있고, 개별 봉우리들은 대부분 구별할 수 있다. 스펙트럼의 중간 주위에 심각하게 겹쳐진 피크의 큰 군집이 있는 경우, 이는 단백질에 중요한 구조화되지 않은 요소가 있음을 나타낸다. 공진이 심각하게 겹치는 경우 스펙트럼의 공진 배정은 어려울 수 있다. HSQC 스펙트럼의 할당에는 공진이 특정 잔류물과 연결되고 순차적으로 할당될 수 있도록 잔류물 사이의 순차적 연결성을 제공하는 N과 C 라벨 단백질에 대한 삼중 공명 실험을 이상적으로 사용하여 다른 실험이 필요하다. 스펙트럼 배정은 구조 결정 및 이완 분석과 같은 보다 진보된 NMR 실험의 의미 있는 해석을 위해 필수적이다.

N 동위원소로 라벨이 표시된 화학물질은 상대적으로 저렴하며, N HSQC는 스펙트럼을 비교적 짧은 시간에 획득할 수 있는 민감한 실험으로, 따라서 NMR에 의한 구조 결정에 대한 적합성과 샘플 조건의 최적화에 대한 후보 선별에 종종 사용된다. 구조 결정의 시간 소모적인 과정은 일반적으로 좋은 HSQC 스펙트럼을 얻을 수 있을 때까지 수행되지 않는다. HSQC 실험은 또한 단백질-단백질 상호작용에서 결합 인터페이스를 검출하는 데 유용할 뿐만 아니라 약물과 같은 리간드와의 상호작용에도 유용하다. 자유 단백질의 HSQC를 리간드에 바인딩된 것과 비교함으로써, 일부 피크의 화학적 이동 변화를 관찰할 수 있으며, 이러한 피크는 결합 표면에서 결합이 화학적 이동을 방해하는 위치에 놓일 가능성이 있다. N HSQC는 단백질의 분자역학 연구, 이온화 상수의 결정 및 기타 연구에서 이완 분석에 사용될 수도 있다.

1H—13C HSQC

이 실험은 탄소와 그것의 부착된 양성자 사이의 상관관계를 제공한다. H—13C HSQC의 일정한 시간(CT) 버전은 분광 분해능을 감소시키는 단일핵화 C—13C J 커플링으로 인한 신호 분할 문제를 회피하기 때문에 일반적으로 사용된다.[4] "상수 시간"은 이 실험에서 일정하게 유지되는 두 INEPT 단계 사이의 전체 진화 기간을 의미한다. 만약 이 진화 기간이 J-커플링 상수의 역행으로 설정된다면, 홀수 수의 아편탄소가 부착된 탄소의 자화 부호는 짝수인 탄소와 정반대일 것이다. 예를 들어, 류신의 C가β 양의 피크(탄화탄소 2개 부착)로 나타나면, Cγ(탄화탄소 3개 부착)와 Cα(탄화탄소 1개 부착)는 음성으로 나타난다.

지질 NMR의 HSQC

1H—31P HSQC

H—31P HSQC의 사용은 지질학에서는 비교적 드물지만 지질학에서는 P의 사용이 1990년대까지 거슬러 올라간다.[5] 이 기법은 훨씬 더 큰 표본 크기에 대한 요건 때문에 질량 분광에 대해서는 사용이 제한되지만, 질량 분광법을 H-P 31HSQC와 질량 분광학을 결합하는 것은 지질학적으로 철저한 접근방식으로 간주되어 '이중 분광학' 기법을 사용할 수 있게 되었다.[6]

참고 항목

참조

  1. ^ Bodenhausen, G.; Ruben, D.J. (1980). "Natural abundance nitrogen-15 NMR by enhanced heteronuclear spectroscopy". Chemical Physics Letters. 69 (1): 185–189. Bibcode:1980CPL....69..185B. doi:10.1016/0009-2614(80)80041-8.
  2. ^ Wu, Bin; Skarina, Tatiana, Yee, Adelinda, Jobin, Marie-Claude, DiLeo, Rosa, Semesi, Anthony, Fares, Christophe, Lemak, Alexander, Coombes, Brian K., Arrowsmith, Cheryl H., Singer, Alexander U., Savchenko, Alexei, Stebbins, C. Erec (June 2010). "NleG Type 3 Effectors from Enterohaemorrhagic Escherichia coli Are U-Box E3 Ubiquitin Ligases". PLOS Pathogens. 6 (6): e1000960. doi:10.1371/journal.ppat.1000960. PMC 2891834. PMID 20585566.{{cite journal}}: CS1 maint : 복수이름 : 작성자 목록(링크)
  3. ^ Steven M. Pascal (2008). NMR Primer: An HSQC-based Approach with Vector Animations. IM Publications LLP. pp. 29–31. ISBN 978-1901019087.
  4. ^ Geerten W. Vuister and Ad Bax (1992). "Resolution Enhancement and Spectral Editing of Uniformly 13CEnriched Proteins by Homonuclear Broadband 13C Decoupling" (PDF). Journal of Magnetic Resonance. 98 (2): 428–435. Bibcode:1992JMagR..98..428V. doi:10.1016/0022-2364(92)90144-v.{{cite journal}}: CS1 maint: 작성자 매개변수 사용(링크)
  5. ^ Bosco, M.; Culeddu, N.; Toffanin, R.; Pollesello, P. (1997). "Organic Solvent Systems for 31P Nuclear Magnetic Resonance Analysis of Lecithin Phospholipids: Applications to Two-Dimensional Gradient-Enhanced1H-Detected Heteronuclear Multiple Quantum Coherence Experiments". Analytical Biochemistry. 245 (1): 38–47. doi:10.1006/abio.1996.9907.{{cite journal}}: CS1 maint: 작성자 매개변수 사용(링크)
  6. ^ Furse, Samuel; Fernandez-Twinn, Denise; Jenkins, Benjamin; Meek, Claire L.; Williams, Huw E.; Smith, Gordon C. S.; Charnock-Jones, D. Stephen; Ozanne Susan, E.; Koulman, Albert (2020). "A high throughput platform for detailed lipidomic analysis of a range of mouse and human tissues". Analytical and Bioanalytical Chemistry. 412 (12): 2851–2862. doi:10.1007/s00216-020-02511-0. PMC 7196091. PMID 32144454.{{cite journal}}: CS1 maint: 작성자 매개변수 사용(링크)

일반참조

  • 단백질 NMR 분광학 : 원칙과 실천(1995) 존 카바나그, 웨인 J. 페어브라더, 아서 G. 팔머 3세, 니콜라스 J. 스켈튼, 아카데미 프레스

외부 링크