NMR w ciele stałym umożliwia badanie dynamiki białek z mikrosekundową dokładnością
NMR w ciele stałym pozwala na uzyskanie informacji nieosiągalnych przy pomocy innych metod, w tym NMR w fazie ciekłej. Technika ta polega na wykrywaniu subtelnych zmian właściwości magnetycznych jąder atomów, wynikających z oddziaływań między sąsiednimi elektronami i atomami. Większość tych oddziaływań ma charakter anizotropowy, co oznacza, że zależą one od orientacji cząsteczek w stosunku do pola magnetycznego. Protony należą do najliczniej występujących cząstek w organizmach żywych, dzięki czemu spektroskopia NMR z wykryciem 1H jest bardzo atrakcyjna w porównaniu z 15N lub 13C. Oddziaływania anizotropowe powodują jednak powstawanie silnej sieci dwubiegunowych sprzężeń protonów, które mogą radykalnie zwiększać szerokość linii spektralnej dowolnego sygnału 1H. W takich przypadkach przeszkodę tę pozwala pokonać zastosowanie wirowania pod kątem magicznym (MAS). Zależnie od próbki, sprzężenia dwubiegunowe 1H mogą mieć częstość rzędu 100 kHz. Wysokie prędkości MAS pozwalają na uzyskanie lepiej rozdzielnych sygnałów 1H (10-20 Hz) oraz na użycie przeniesienia polaryzacji przy pomocy sprzężeń skalarnych. W ramach projektu SOLID_NMR_DYNAMICS (Development of solid state NMR methods at 100 kHz magic angle spinning frequency for the study of internal protein dynamics and the application to membrane proteins), finansowanego ze środków UE, naukowcy wykorzystali NMR w ciele stałym do zmierzenia relaksacji 1H i 15N w zakresie czasu od kilku nanosekund do 50 μs. Określenie rozproszenia relaksacji w takim zakresie czasowym nie jest możliwe przy pomocy NMR w roztworze. Pomiary umożliwiają naukowcom dokładniejsze badanie dynamiki białek, i dlatego są tak ważne. Zespół przeprowadził szereg eksperymentów mających na celu zmierzenie różnych stałych relaksacji 15N i 1H w znakowanej [2H,15N,13C] ubikwitynie mikrokrystalicznej, której tylko główna grupa amidowa była w pełni protonowana. Wykluczono efekty koherentne, w tym wynikające z dwubiegunowych sprzężeń 1H-1H i efektów temperatury. W rezultacie zespół ogłosił, że zaobserwowana zależność stałych szybkości relaksacji 15N R1ρ przy różnych częstościach MAS może być przypisana dynamice białek. Zgodnie z przeprowadzoną analizą, dynamika białek głównych zachodzi w wąskim zakresie czasowym przy około 1 μs. Dynamika amplitudy okazała się być niższa, niż to wynikało z wcześniejszych badań wykorzystujących NMR w ciele stałym. Przeprowadzone w ramach omawianego projektu badanie odpowiada na pytania dotyczące obecności i amplitudy dynamiki białek głównych w zakresie czasowym rzędu nanosekund-mikrosekund dzięki eksperymentalnemu ukazaniu mikrosekundowej dynamiki w ubikwitynie mikrokrystalicznej w wysokiej rozdzielczości.
Słowa kluczowe
NMR w ciele stałym, dynamika białek, mikrosekunda, wirowanie pod kątem magicznym, SOLID_NMR_DYNAMICS
