Espectroscopia de RMN Biomolecular

Utilização da ressonância de spins nucleares num campo magnético para determinar a estrutura e, de forma única, a dinâmica de biomoléculas em solução.

Definition

A espectroscopia de RMN biomolecular é a determinação da estrutura e dinâmica de moléculas biológicas a partir da ressonância magnética dos seus núcleos, principalmente através de deslocamentos químicos e acoplamentos de spin medidos em solução.

Scope

Este tópico abrange a ressonância magnética nuclear aplicada a biomoléculas: a base física da ressonância de spin nuclear, o deslocamento químico e os acoplamentos através do espaço e através de ligações que informam sobre a estrutura, e os experimentos multidimensionais que atribuem sinais e fornecem restrições de distância. Enfatiza a capacidade distintiva da RMN de estudar moléculas no seu estado nativo em solução e de medir o movimento em várias escalas de tempo, complementando os métodos de difração.

Core questions

• Que propriedade física dos núcleos a RMN deteta?
• Como o deslocamento químico e os acoplamentos codificam a estrutura molecular?
• Como os espectros aglomerados são resolvidos e atribuídos em múltiplas dimensões?
• Por que a RMN é especialmente poderosa para estudar a dinâmica molecular?

Key theories

Estrutura a partir do deslocamento químico e acoplamentos

Núcleos num campo magnético ressoam em frequências deslocadas pelo seu ambiente químico e acopladas a núcleos próximos, de modo que os deslocamentos químicos, acoplamentos escalares e efeitos através do espaço (NOE) juntos restringem a estrutura tridimensional.

Dinâmica em várias escalas de tempo

Como os observáveis de RMN são sensíveis ao movimento numa ampla gama de escalas de tempo, as medições de relaxamento e troca reportam diretamente a dinâmica interna, uma capacidade em grande parte única entre os métodos estruturais.

Mechanisms

Núcleos com spin colocados num campo magnético forte absorvem e reemitem energia de radiofrequência em frequências de ressonância que dependem do seu ambiente eletrónico local, originando o deslocamento químico. Acoplamentos escalares através de ligações e efeitos nucleares Overhauser através do espaço codificam conectividade e distâncias curtas, e a dispersão dos sinais em várias dimensões de frequência resolve e atribui as muitas ressonâncias sobrepostas de uma macromolécula. As restrições de distância e ângulo atribuídas definem um conjunto de estruturas consistentes, enquanto os experimentos de relaxamento e troca quantificam como a molécula se move, tudo em amostras em solução próximas das condições nativas.

Clinical relevance

A RMN caracteriza a ligação de fármacos, proteínas intrinsecamente desordenadas e a dinâmica conformacional relevante para doenças e para o desenvolvimento biológico, fornecendo contexto educacional e metodológico em vez de orientação clínica.

History

O desenvolvimento da RMN por transformada de Fourier e multidimensional por Ernst e os métodos de Wüthrich para atribuir e determinar estruturas de proteínas em solução, ambos reconhecidos por Prémios Nobel, transformaram a RMN numa ferramenta estrutural e dinâmica para biomoléculas complementar à cristalografia.

Key figures

• Kurt Wüthrich
• Richard Ernst
• Ad Bax

Seminal works

• cavanagh2007
• vanholde2006

Frequently asked questions

O que torna a RMN especial em comparação com a cristalografia?

A RMN estuda moléculas em solução próximas das condições nativas e pode medir diretamente os seus movimentos internos em muitas escalas de tempo, o que a cristalografia, que fornece uma imagem em grande parte estática de um cristal, geralmente não consegue.

Por que os experimentos de RMN são multidimensionais?

Uma macromolécula tem tantos sinais sobrepostos que é necessário espalhá-los por duas ou mais dimensões de frequência para resolver e atribuir núcleos individuais.