Moderní metody buněčné biologie 2012


Nukleární magnetická rezonance

NMR představuje metodu, která poskytuje informace o struktuře a pohybech látek (proteinů,
nukleových kyselin) s atomovým rozlišením. Metoda je nedestruktivní, ale poměrně málo citlivá,
proto je třeba pracovat ve vysokém magnetickém poli. Spektrometr se skládá ze silného velmi
homogenního supravodivého magnetu, radiového vysílače (zdroj záření pro excitaci magnenických
momentů jader) a radiového přijímače. Cívky sloužící jako vysílací a přijímací antény jsou součástí
vyměnitelné sondy, do které je umístěn vzorek.  Přijímač deteguje napětí indukované v cívce pohybem
excitovaným magnetických momentů jader. Napětí osciluje s rezonanční frekvencí, která se liší pro
jádra s různým chemickým okolím (odtud atomové rozlišení). Tento průběh napětí zaznamenává počítač
a Fourierovou transformací převádí na frekvenční závislost (spektrum). Excitované momenty jader je
možno dále ovlivňovat pulzy radiových vln. Existuje velmi mnoho možností kombinace radiových pulzů,
každá z nich představuje experiment poskytující jinou informaci. Kombinací opakovaných měření je
možno získat i spektra s více frekvenčními závislostmi (vícerozměrná spektra). Vzhledem k
různorodosti jednotlivých experimentů a hloubce teoretického popisu nutného k jejich vysvětlení se
soustředíme pouze na demonstraci základních principů.


Vzorek: [^13C,^15N]-ubikvitin v 10% ^2H[2]O



Měření 1D ^1H spektra proteinu

Postup měření
  * Nastavení teploty
  * Vložení vzorku
  * Naladění obvodů
  * Kompenzace nehomogenit magnetického pole
  * Kalibrace radiofrekvenčních pulzů
  * Naměření 1D ^1H spektra


Otázky a úkoly:

·         Co znamená označení spektrometru (například 600 MHz)?

Rezonanční frekvence protonů (tedy jader ^1H) v magnetickém poli daného spektrometru.


·         Jaké záření se používá v NMR? Kolikrát je vyšší/nižší energie tohoto záření, než energie
záření používaného v optické mikroskopii (viditelné světlo)? Proveďte výpočet pro záření používané
k excitaci jader vodíku ^1H v 500MHz spektrometru a pro oranžové světlo (vlnová délka 600 nm).

     Radiové vlny v rozsahu velmi krátkých vln ezonanční frekvence protonů (tedy jader ^1H) v
magnetickém poli daného spektrometru. Energie záření použitého v NMR je milionkrát nižší. Výpočet:
Frekvence radiových vln je 500 MHz = 5.10^8 Hz, frekvence viditelného záření je c/l, tedy pro náš
příklad 3.10^8/600.10^−9 Hz = 5.10^14 Hz, poměr frekvencí 10^6 a energie je přímo úměrná frekvenci,
tedy poměr energií je taky 10^6.


·         Proč se vzorky proteinů obohacují isotopy ^13C a ^15N? Jaké z toho vyplývají důsledky pro
bezpečnost práce (ochrana před radiaktivním zářením)?

Pro zvýšení citlivosti experimentů využívajících těchto isotopů (jejich přirozené zastoupení je
nízké). Důsledky pro bezpečnost práce nejsou žádné, tyto isotopy nejsou  radioaktivní.