NEPT und HQC n dieem Kapitel werden heteronukleare NMR-Korrelatioeperimente und deren Anwendung am Beipiel de NEPT Tranfer und de HQC Eperimente eingeführt. NEPT Beim NEPT (nenitive Nuclei Enhanced b Polariation Tranfer handelt e ich um eine Methode, Magnetiierung von einem empfindlichen Kern (.B. H auf einen dau relativ unempfindlichen, kalar meit über eine J-Kopplung gekoppelten Kern (.B. 3 C oder 5 N u tranferieren. Per Definition beeichnet den empfindlicheren Kern, den relativ dau unempfindlicheren. Die theoretich mögliche enitivitätteigerung, verglichen mit der direkten Anregung de unempfindlichen Nukleu, entpricht dem relativen Verhältni der gromagnetichen Verhältnie γ /γ (.B. ein Faktor ~4 im Falle von H/ 3 C bw. ~0 im Falle von H/ 5 N. Für einen NEPT Tranfer benötigt man allerding eine gewie Zeit, abhängig von der kalaren Kopplung wichen den beiden Kernen, oda die theoretiche enitivitätteigerung auf Grund von Relaation nicht immer erreicht wird. Ein NEPT Tranfer wird durch die folgende Pulequen erreicht: Augehend von der Gleichgewichtmagnetiierung erhält man omit: 90 πj τ co( π τ in( π τ J + J τ Ω + co( πjτ co( Ωτ + in( πjτ co( Ωτ + co( πj τ in( Ωτ in( πjτ in( Ωτ 80, co( πjτ co( Ωτ + co( πj τ in( Ωτ in( πjτ co( Ωτ + in( πjτ in( Ωτ
τ Ω + + + co( πjτ co ( Ωτ co( πjτ in( Ωτ co( Ωτ + in( πjτ co ( Ωτ in( πjτ in( Ωτ co( Ωτ co( πjτ co( Ωτ in( Ωτ co( πjτ in ( Ωτ in( πjτ co( Ωτ in( Ωτ in( πjτ in ( Ωτ + co( πjτ in( πjτ, da gilt in A+co A= πj i τ in( πj co ( πjτ τ co( πjτ co( πjτ in( πjτ in ( πjτ co( πjτ, für τ = 4J 90,90 in(πjτ, da gilt co A-in A=coA und inacoa=ina Der NEPT Tranfer liefert einen Antiphaeoperator der Form / durch die Evolution heteronuklearer Kopplung. Die chemiche Verchiebung de pin it refokuiert, die heteronukleare Kopplung wichen verchiedenen pin J it in der Regel u vernachläigen, da ie klein it verglichen mit der aktiven heteronuklearen Kopplung J. Da HQC Eperiment Da beipielweie durch den NEPT Tranfer die Verknüpfung weier Kerne durch deren kalare Kopplung möglich it, kann man nun auch pektren ereugen, in denen die chemichen Verchiebungen von wei Kernen miteinander korreliert ind. Man nutt dabei in den meiten Fällen die J kalare Kopplung au, diee beitt den Vorteil, da ie erten groß und weiten kaum von der chemichen Umgebung bw. einer Konformation abhängen (die J NH Kopplung im Peptid- oder Proteinrückgrat liegt beipielweie immer bei etwa 90H. o it e möglich, eine Dauer für den NEPT Tranfer u wählen, oda die Tranfereffiien für alle u beobachteten J Kopplungen etwa gleich it.
Wir betrachten im Folgenden da HQC (Heteronuklear ingle Quantum Coherence Eperiment. n der chreibweie der NMRler: Zum Zeitpunkt a beteht, wie bereit dikutiert, der Antiphaeoperator - Z Y da nur der pin tranveral it, gibt e prinipiell drei mögliche Wechelwirkungen, die während der Zeit t auftreten:. Entwicklung chemicher Verchiebung von. Heteronukleare Kopplung J 3. Homonukleare Kopplung J Wir gehen im Folgenden davon au, da kein weiterer pin um beobachteten pin ( koppelt (Die it beipielweie der Fall, wenn man 3 C bw. 5 N bei natürlicher Häufigkeit betrachtet. Der bereit dikutierte NEPT Tranfer liefert am Punkt a einen Operator der Form. Dieer entwickelt nun chemiche Verchiebung de pin wobei, wie im Folgenden geeigt, die heteronukleare Kopplung refokuiert wird: ( πj t + in( πj πj co t t Ω + in co( πj t co( Ω t + co( πj t in( Ω t ( πj t co( Ω t + in( πj t in( Ω t + co( πj t co( Ω t co( πj t in( Ω t ( πj t co( Ω t + in( J t in( Ω t 80 + in π πj + + in in co ( πj t co( Ω t co( πj t in( πj t co( Ω t co ( πj t in( Ω t co( πj t in( πj t in( Ω t ( πj t co( πj t co( Ω t + in ( πj t co( Ω t ( πj t co( πj t in( Ω t in ( πj t in( Ω t ( Ω t in( Ω co t, da gilt in A+co A=
Ω t in co ( Ω t co( Ω t in( Ω t ( Ω t co( Ω t in ( Ω t ( Ω t ( Ω co in t, da gilt co A-in A=coA und inacoa=ina Am Punkt b der Pulequen liegen alo wei verchiedene Antiphae Operatoren vor, die beide mit der chemichen Verchiebung de pin moduliert ind. Wir wollen im Folgenden die beiden Operatoren getrennt betrachten, außerdem berückichtigen wir, da wie bereit oben demontriert, die Entwicklung chemicher Verchiebung refokuiert wird, und dehalb vernachläigt werden kann: 90, ( Ω t ( Ω co co t ( Ω t co( πj Δ + co( Ω t in( π Δ πj Δ co J ( Ω t co( π J Δ + co( Ω t in( π Δ 80, co J πj + co co( Ωt co ( πj Δ + co( Ωt co( πj Δ in( πj Δ ( Ω t co( πj Δ in( πj Δ + co( Ω t in ( πj Δ ( Ω t co( πjδ + co( Ω t in( πjδ co, da gilt co A-in A=coA und inacoa=ina ( Ω co t, für Δ = J Der Term wird alo in detektierbare nphae Magnetiierung überführt, die in der Zeitdomäne t mit der chemichen Verchiebung von moduliert it. Während der Detektion für die Zeit t entwickelt dieer Operator nun chemiche Verchiebung der pin, die heteronukleare Kopplung J wird durch die angewendete Entkopplung unterdrückt. co Ωt ( Ω t co( Ω t co( Ω t + co( Ω t ( Ω t in Für den weiten Term nach t gilt: 90, ( Ω t ( Ω co co t
Hierbei handelt e ich um einen Multiquanten Operator. Da und tranveral ind, kann ich keine kalare Kopplung entwickeln. Die chemiche Verchiebung der pin und wird ebenfall refokuiert, um Zeitpunkt c liegt daher ein Operator der Form vor, dieer it nicht detektierbar. Der einige detektierbare Term lautet omit: ( t co( Ω t + co( Ω t in( Ω co Ω. t Durch die Verwendung von wei Detektoren, analog um D Eperiment, wird eine Voreichenuntercheidung in der direkten Dimenion t bw. nach Fourier Tranformation ω möglich. Um eine Voreichenuntercheidung auch in der indirekten Dimenion t u ermöglichen, wird die mit φ beeichnete Phae um 90 verchoben, woraufhin man analog ur durchgeführten Rechnung die jeweiligen Terme erhält, die in der Zeitdomäne t mit dem inu der chemichen Verchiebung von moduliert ind: in ( Ω t co( Ω t + in( Ω t in( Ω t Nach Fourier Tranformation der beiden Zeitdomänen erhält man ein ignal, da in wei Frequendomänen mit den chemichen Verchiebungen weier verchiedener Kerne moduliert it:
HQC pektren von Biomolekülen Amid Region de { H, 5 N}-HQC pektrum von gefaltetem Ubiquitin (A und entfaltetem Ubiquitin (B. Da HQC it eine der meit gebrauchten Eperimente. Mit dem HQC pektrum alleine it keine Zuordnung möglich, da e keine Konnektivität über die J Kopplung hinau eigt. Da oben geeigte HQC pektrum eigt ein ignal für jede Aminoäure, mit Aunahme der N- terminalen Aminoäure, owie Prolin, da diee kein Proton am Rückgrat ticktoff trägt. Da HQC Eperiment it in der Lage den ignalüberlapp in der Protonendimenion aufulöen. Au dieem Grund baieren viele mehrdimenionale Eperimente im Weentlichen auf dem HQC Eperiment. o it beipielweie da D NOEY pektrum eine Protein wenig überichtlich. n der Regel geht man über u einem 3D-NOEY-HQC, einem dreidimenionalen pektrum deen weidimenionale Projektionen ein NOEY und ein HQC pektrum ind. Die vielen ignalüberlagerungen in der NOEY Ebene laen ich o durch eine uätliche ticktoff Dimenion auflöen. Wie Oben u ehen it, untercheiden ich die HQC pektren von ge- und entfalteten Proteinen deutlich. Die chemiche Verchiebung owohl in der 5 N al auch in der H Dimenion wird durch die ekundär- bw. Tertiärtruktur beeinflut. m Fall eine entfalteten Protein liegen die chemichen Verchiebungen der einelnen Aminoäuren alle relativ nah an den random coil chemichen Verchiebungen, wodurch die Diperion de pektrum verloren geht.