ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физика ферментов из "Биофизика" Спектры ядерного и электронного парамагнитного резонанса (ЯМР и ЭПР) широко применяются в биофизике. [c.166] Рассмотрим сущность парамагнитного резонанса. [c.166] Линейно поляризованное поле Я[ мож-но разложить на две круговых компо- ненты (с. 148). Одна из этих компонент совпадает по направлению с прецессией. Если частота колебаний Я1 совпадает с соо, то возникает резонанс, сильное поглощение волны Я,. [c.167] Это явление было открыто в 1945 г. [c.167] При Яо = 10 Гс фактор Больцмана равен (1—14)- 10 . [c.168] У биополимеров o для алифатических протонов варьирует от —0,5 до —2,0, ароматических — от —6,0 до —8,5 и т. д. [c.169] При высоком разрешении наблюдается сверхтонкая (мульти-плетная) структура линий ЯМР. Она возникает вследствие м.аг-нитного взаимодействия между ядрами, передаваемого через электроны связи, т. е. непрямого спин-спинового взаимодействия. Так, в СШаС— H lj протон группы СН может находиться в двух состояниях — со спином + /г и —Vj. Поэтому линия протонов соседней группы СНг расщепляется на две. В группе Hj возможны три неэквивалентных состояния пары протонов + /, +Ч,., + /2, — /2 ( — /2, + /2) — /2, — /2. Линия протона СН испытывает триплетное расщепление (рис. 5.25). [c.169] На рис. 5.26 показаны спектры ядерного магнитного резонанса ядер С для карбоангидразы В крупного рогатого скота при различных значениях pH. Спектры отражают конформационные изменения и взаимодействия атомов. [c.169] Методы ЯМР непрерывно совершенствуются. Не имея возможности здесь о них рассказать, укажем лишь, что в стационарном случае эффективным оказывается двойной резонанс, существенно упрощающий спектр. На образец подаются сразу два сигнала, разнящихся по частоте соответственно разности химических сдвигов или двух взаимодействующих ядер. Эта так называемая двумерная ЯМР-спектроскопия особенно информативна. Двойной резонанс может сопровождаться так называемым эффектом Оверхаузера. Как уже сказано, в настоящее время применяются и импульсные методы. [c.171] ЯМР на Р и С эффективно применяется и к изучению живых клеток и тканей. С помощью методов фурье-преобразования возможно отделить слабые сигналы от фона. При этом пользуются мощным радиочастотным импульсом, возбуждающим одновременно целый резонансный спектр, отдельные частоты которого отсортировываются с помощью компьютера. Так были изучены явления в живой мышце — изменения концентрации АТФ и креатин-фосфата при сокращении мышцы (см. 12.3). Положение пика Р псоргаиического фосфата в сердечной мыище зависит от pH и поэтому смещается при кислородной недостаточности. Это открывает принципиальные возможности для применения ЯМР в кардиологии. [c.171] Линии ЭПР испытывают сверхтонкое расщепление вследствие локального поля, создаваемого магнитными моментами ядер. Так, ядро N имеет У = 1, и, следовательно, проекции ядерного спина на направление поля отвечают значениям магннтного квантового числа m = 1, О, —1. Локальное поле, действующее на электрон свободного радикала, находящегося вблизи ядра N, имеет три значения и пик ЭПР расщепляется в триплет. [c.172] Так называемая тонкая структура возникает в кристаллах вследствие анизотропии g-фактора. Вместо одной линии наблюдается группа линий, положения и интенсивности которых зависят от ориентации поля относительно кристаллических осей. В жидкости тонкая структура не наблюдается. [c.172] Ширина линий в спектре ЭПР определяется, как и в ЯМР, спин-спиновой и спин-решеточной релаксацией. Времена Ji и T a зависят от подвижности частиц с ненулевыми спинами (Т ) и ог подвижности окружающих молекул Т,). Время спин-спиновой релаксации почти не зависит от температуры и определяется концентрацией парамагнитных частиц. Время Т, возрастает при понижении температуры. [c.172] ЭПР эффективно применяется к решению многих проблем биологии и биофизики. Свободные радикалы образуются в ряде ферментативных окислительно-восстановительных процессов, при воздействии радиации и т. д. ЭПР дает весьма ценную информацию об этих процессах. ЭПР очень важен для изучения белков, содержащих в качестве кофакторов атомы металла с нескомпен-сированным спином (гемопротеины, см. 6.8 и т. д.). [c.172] Спин-метка чувствительна к своему окружению, ее спектр ЭПР зависит от конформационного состояния биополимера. Подвижность метки связана с локальной подвижностью биополимера и подвижностью его молекулы как целого. С помощью спин-л1еток установлены важные особенности строения и динамики белковых молекул. Эти методы весьма эффективны и при изучении биологических мембран. [c.172] Зондирование молекулярной или надмолекулярной биологической системы с помощью спин-меток родственно применению люминесцентных меток (с. 147). Зачастую целесообразно сочетать оба метода. [c.172] Вернуться к основной статье