19F NMR技术在蛋白质研究中的应用

因为¹⁹F核自身的特性,如自旋为1/2;丰度高(100%),具有与¹H相当的灵敏度;化学位移分布广且对环境敏感;绝大部分生物体内都不含¹⁹F因而无背景干扰等;¹⁹F NMR自诞生以来就成为非常有吸引力的研究手段. 现在,¹⁹F NMR已被广泛用于核磁共振成像、药物化学及生物大分子的研究,各个方面均有较多的相关文献综述. 该综述将集中讨论¹⁹F NMR在蛋白质研究中的应用,包括蛋白质¹⁹F标记方法,¹⁹F NMR在蛋白质结构、 动力学、蛋白质折叠、蛋白质与药物的相互作用及In-cell NMR中的应用.     

中国电子顺磁共振(EPR)发展50年回顾

自从1945年前苏联科学家Zavoisky在固体中观察到电子顺磁共振（EPR）这一奇妙的物理现象以来,电子顺磁共振波谱学已经经历了60多年漫长的发展历程. 在世界上,20世纪50、60年代是EPR的基本理论、实验技术和实验方法迅速发展的时期,同时对我国产生了很大的影响. 从60年代开始至今,EPR波谱学在我国已有50多年的发展,其间大约可以分为3个阶段： (一) 20世纪60~80年代初是EPR波谱设备研制和技术发展的初始阶段;(二) 20世纪80年代到21世纪初主要是EPR实验技术进一步发展和实验方法及其在化学、物理学、生物学、医学等学科中的应用研究阶段;(三) 21世纪以来,开始了新的实验技术和开展更加广泛深入的应用研究,特别是开始脉冲EPR波谱学的应用和相关设备的研制.     

超强边缘磁场梯度场下的磁共振成像:STRAFI 实验

磁共振成像（MRI）是一个能够探测样品内部特性的有效检测手段,已被广泛应用于化学、生物研究,以及医疗诊断领域. 自约40年前发展以来, 成像方法的不断发展使得MRI的成像分辨率、实验效率和成像杂核能力得到了很大的改进. 边缘磁场成像（STRAFI）是一种很具潜力的成像方法之一,它利用了超导磁体本身具有的边缘场的强梯度场. 该综述介绍了STRAFI基础,并概括了成像的基本原理、STRAFI的实验理论和方法及其在实际研究中的应用. 由此将比较STRAFI实验相对于传统MRI方法的所具有的优势和多面可行性.     

煤镜质组热解的电子顺磁共振研究

基于煤燃烧和自燃研究在煤矿生产安全以及煤炭资源的高效利用等实际生产和生活中的重要性,探讨了煤岩显微组分镜质组在有氧条件下热解的自由基反应. 采用电子顺磁共振技术对煤镜质组在有氧条件下300 ℃~450 ℃的加热分解产物及未加热处理常温下的镜质组样品做电子顺磁共振研究,得到300 ℃、350 ℃、400 ℃、450 ℃时其产物在常温下（25 ℃）时的电子顺磁共振信号,并对随加热温度不同,信号的产生和变化原因做了分析,研究结果表明煤镜质组在加热过程中有顺磁中心的浓度和顺磁中心成分的改变,该文中把它归因于镜质组的不同有机成分在不同温度下分解产生的自由基.     

蛋白质顺磁标记技术与生物核磁共振中的赝接触位移

未配对电子与蛋白质分子自旋核的作用能提供丰富的长程结构信息,这些顺磁信息通常可用顺磁弛豫增强、赝接触位移和残余偶极耦合描述,其中赝接触位移包含生物大分子内重要的距离和角度信息.稀土离子具有相似的配位化学性质和不同的顺磁物理特性,而大多稀土离子具有磁各向异性,在与大分子作用过程中会产生赝接触位移.由于大多数蛋白质没有顺磁中心,获得这些顺磁信息需要通过定点选择标记蛋白质来实现.该文旨在对近年来蛋白质顺磁标记的方法和进展进行介绍,在顺磁标记基础上阐述赝接触位移在结构生物学中的应用.     

小鼠甲醇氧化应激的电子顺磁共振的研究

建立了小鼠甲醇中毒的氧化应激模型,研究了甲醇诱导小鼠产生氧化应激状态,探讨了大黄中草药和维生素C对小鼠甲醇氧化应激的保护作用. 模型小鼠共分为5个组：空白组、对照组、甲醇应激组、大黄组、维生素C（Vc）组. 利用电子自旋捕捉技术研究了小鼠甲醇氧化应激不同模型组小鼠体内的肝、肾、脾、心、肺和脑中产生的自由基强度的变化. 结果表明： 甲醇诱发了小鼠体内自由基的产生,甲醇组和生理盐水组相比,自由基的强度明显增强（显著性差异统计指标P<0.01);而大黄和Vc对小鼠甲醇氧化应激有保护作用,大黄组、Vc 组和甲醇组相比自由基的强度则明显降低（P<0.01).     

EPR和NMR自旋标记法研究部分折叠蛋白质构象

部分折叠蛋白质的特征是在溶液中有部分二级结构,但是三级结构接触比较松散或者较少,其意义可能是蛋白质折叠过程的中间态,或者有重要的生理功能. 利用EPR和NMR波谱可以表征其构象特征,从而构建其二级结构、三级结构、四级结构以及构象变化的结构模型. 利用分子生物学的点突变技术可以在蛋白质主链上插入1个或2个半胱氨酸残基,然后把顺磁自旋标记物特异地共价结合在半胱氨酸的侧链巯基上来制备自旋标记样品. 位点特异性自旋标记电子顺磁共振（SDSL-EPR）波谱是通过测定2个自旋标记间的偶极相互作用,从而推测2个硝基氧自由基间的距离. 核磁共振（NMR）波谱则是通过测定单个自旋标记中心对周围原子核驰豫效应增强（PRE）的效应,推测出顺磁中心相对于周围原子核的距离. 连续波EPR和NMR自旋标记方法可以测定2.5 nm左右的偶极相互作用距离,属于长程的距离约束,这对于确定部分折叠蛋白质的构象至关重要. 该文将就蛋白质部分折叠态研究的生物学意义,自旋标记方法以及EPR和NMR方法研究其构象特征举例描述.     

掺铜PTO晶体顺磁共振谱及局域结构的理论研究

基于晶体场理论,本文采用重叠模型和3d⁹电子组态在畸变四角晶场中的g因子和超精细结构常数A的三阶微扰计算公式以及钛酸铅PbTiO₃ (PTO): Cu²⁺晶体的局域结构与EPR谱之间的定量关系,合理解释了PTO: Cu²⁺晶体的EPR谱及局域晶体结构,所得结果与实验观测相符合.      

PEG化氘代单磷酸三苯甲基自由基的高效合成及性能研究

电子顺磁共振（EPR）波谱联用外源性自旋探针技术是测量体内外pH的有效手段.有研究表明,单磷酸取代三苯甲基（p₁TAM）自由基是目前用于检测pH的最理想的EPR探针.然而,这类探针的合成产率低、易受蛋白影响,极大限制了其生物应用.针对上述问题,本文提出了高效合成p₁TAM自由基的方法,使其总产率从文献报道的1.6%提高到了25%;同时采用PEG修饰的方法避免了白蛋白（BSA）对其产生的干扰.进一步氘代实验结果证实：非氘代PEG化（p₁TAM-H）衍生物（POP）虽与氘代PEG化（p₁TAM-D）衍生物（dPOP）具有相似的pH敏感性（其pKa分别为6.80和6.79）,但POP的EPR谱图较为复杂,而dPOP无论在低pH还是在高pH条件下均具有简单的EPR双峰信号;而且,dPOP具有比POP和p₁TAM-H更好的检测灵敏性;此外,dPOP还具有较好的生物稳定性和氧气敏感性.因此,dPOP能够用来同时检测pH和氧气,有望在生物医学方面得到更好的应用.     

中国自由基捕获技术发展30年

本文简要回顾了30年来国内在自由基捕获技术（spin trapping）领域的研究进展,其中包括新型自由基捕获探针的分子设计与合成,探针结合EPR波谱方法在光、电化学反应以及生物领域的应用实例. 最后,结合国内外自由基捕获技术现状讨论了它的未来发展前景.     

基于选择编码的超快速磁共振波谱方法

核磁共振(NMR)波谱技术是当今最有力的谱学工具之一,在化学、生物和医药等众多领域获得重要而广泛的应用．基于时空编码的快速采样方法自2002年Frydman小组提出后,大大增强了高维磁共振波谱的采样效率．在某一些应用体系中,存在若干个强度远超于其他谱峰的情况,很容易由于动态增益不足而检测不到某些较弱的谱峰,而往往这些较弱的谱峰包含着感兴趣的信息．且在实际的化学生物应用中,存在选择性感兴趣检测的情况,即只需要选择性地观察若干个具有标记作用的谱峰．由于时空编码技术借助于高速切换的双极性梯度来完成解码,因而无法选择性地检测若干个非连续的频点．为解决以上两个问题,该文提出一种选择编码的时空编码方法,即在序列中施加选择性脉冲,选择性破坏某些谱峰的编码过程,使之不能在解码期解码,从而简化谱图,实现选择性压制或者非连续频点的感兴趣检测．如果把选择性反转脉冲换为硬反转脉冲加选择性反转脉冲,则最终的谱图中只出现被选择性脉冲选中的谱峰．理论分析及相关的实验验证了这种方法的可行性和有效性.     

核磁共振波谱法表征 DAST 分子结构

DAST 晶体（即 4-N, N-二甲胺基-4’-N’-甲基-氮杂芪的对甲苯磺酸盐晶体）具有优良的二阶非线性光学性能和电光效应特性,可用于红外至太赫兹波段辐射与检测领域．为了表征 DAST 源粉分子结构及纯度,选择 CD₃OD 和 DMSO-d₆ 两种溶剂分别对 DAST 源粉进行了¹H NMR、 ¹³C NMR、 ¹H-¹H COSY、 HSQC 和 HMBC 表征．通过对谱峰的归属及分析发现, DAST 在 CD₃OD 溶液中倾向于以离子对状态存在,而在 DMSO-d₆ 溶液中倾向于以解离状态存在,并根据谱峰的变化推测了 DAST 在从 CD₃OD 溶液环境向 DMSO-d₆ 溶液环境变化时解离过程中电子云在共轭结构上重新分布的规律和骨架的变化情况．     

涡虫代谢物组成的核磁共振分析

作为扁形动物门的代表动物,涡虫因其特殊的演化地位和极强的再生能力,迅速成为实验动物学、细胞遗传学、发育生物学和再生生物学等研究中的理想模式生物. 众多与涡虫相关的研究都取得了突破性进展,而其在核磁共振和代谢组领域的相关科研报道却极为匮乏. 该研究使用甲醇水提取方法获得了涡虫身体提取物样品,同时利用高分辨的1 GHz NMR谱仪对该样品采集了¹H NMR谱图和5种2D NMR谱图（¹H-¹H COSY,¹H-¹H TOCSY,¹H-¹H J-RES,¹H-¹³C HSQC和¹H-¹³C HMBC）. 通过归属得到涡虫身体提取物里所含有的53种代谢物质,包括氨基酸、糖类、脂类、有机羧酸、酮体、胺类、胆碱类以及核苷酸等. 这些物质覆盖了多种代谢途径,为涡虫代谢组研究提供了基本的NMR相关信息.     

光催化甲醇重整机理的原位核磁共振研究

本文利用原位核磁共振技术在真实固液反应环境中对光催化甲醇重整过程进行了研究.研究发现，体系中甲醇重整的液态中间产物主要有四种：HOCH₂OH、CH₃OCH₂OH、HCOOH和HCOOCH₃.不同晶型的二氧化钛催化剂会影响这四种产物的生成趋势.随光照时间的增加，上述四种产物的含量均会增加.Pd负载对一级中间产物CH₃OCH₂OH和HOCH₂OH的产率影响较大，其产率为无Pd负载的2~3个数量级；对二级中间产物HCOOCH₃和HCOOH的产率影响较小.     

An Overview of 195Pt Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

Abstract

This brief, non‐exhaustive review describes some basic theoretical aspects of ¹⁹⁵Pt nuclear magnetic resonance spectroscopy and also the empirical approach used by the researchers in the field. The different factors which influence the chemical shifts are discussed. The couplings constants between ¹⁹⁵Pt and other isotopes, which have a spin of 1/2 (such as, ¹H and ¹³C) bring further important information on the structures of Pt compounds. Recently, ¹⁹⁵Pt‐NMR spectroscopy in the liquid state has been used successfully in many research fields, e.g., the determination of enantiomeric composition and absolute configuration, in the area of biosensors and biomarkers, in cluster chemistry, in cancer research and in kinetic studies. While liquid‐state ¹⁹⁵Pt‐NMR spectroscopy encompasses a wide range of areas, the parallel solid‐state technique has only been employed over the past few years, mainly in studies of heterogeneous catalysis and is more industrially oriented.     

核磁共振波谱在药物发现中的应用

核磁共振波谱通过检测组成有机化合物分子的原子核跃迁而得到反映核性质的参数以及周围化学环境对这些参数的影响规律. 这些参数的相关内容包含了极其详尽的有机化合物分子结构和分子间相互作用的信息,并构成了核磁共振结构解析和生物靶分子-配体相互作用研究的理论基础. 在生物医药研发领域内,科研院所和公司企业的研发工作者们一直在努力探索利用核磁共振波谱监测生物靶分子-配体相互作用作为药物发现工具的潜能. 本文旨在针对核磁共振波谱在药物发现过程中活性化合物筛选的最新研究进展进行综述.     

Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy Study of a Disaccharidic Crown Ether.

Abstract

The disaccharidic anhydro derivative 6-O-(5,6-anhydro-3-deoxy-1,2-O-isopropylidene α-D-glucofuranos-3-yl)-1,2-O-isopropylidene-3-O-n-dodecyl-α-D-glucofuranose (1) led to the disaccharidic crown ether 2 in 40% yield when treated at low concentration with 2.5 eq. of KOH in toluene-Me₂SO. Compound 2 structure was proved through a detailed NMR analysis (¹H, ¹³C, ¹H-¹H and ¹³C-¹H 2D correlations). This structural elucidation indicated that compound 2 resulted from the intramolecular attack of the C-5-O^?alkoxide group, generated in the basic medium, on the C-6′ carbon of the 5′,6′-anhydro group.     

蛋白质结构和功能的紫外共振喇曼光谱研究

紫外共振喇曼光谱技术是研究复杂大分子结构的有力工具。结合作者在美国Pittsburgh University期间所做的工作，介绍了用紫外共振喇曼光谱研究肽和蛋白质结构与功能的现状和进展，N-methylacetamide和glycyglycine水溶液光化学异构过程的紫外共振喇曼光谱研究，简述了紫外共振喇曼光谱实验技术要点。本文还跟踪国际最新研究成果，介绍了利用紫外共振喇曼光谱技术研究蛋白质的折叠和去折叠过程。