Hispanopedia WikiEl experimento de coherencia cuántica simple heteronuclear o correlación cuántica simple heteronuclear , normalmente abreviado como HSQC , se utiliza frecuentemente en la espectroscopia de RMN de moléculas orgánicas y es de particular importancia en el campo de la RMN de proteínas . El experimento fue descrito por primera vez por Geoffrey Bodenhausen y DJ Ruben en 1980. [ 1 ] El espectro resultante es bidimensional (2D) con un eje para el protón ( 1 H) y el otro para un heteronúcleo (un núcleo atómico distinto de un protón), que suele ser 13 C o 15 N. El espectro contiene un pico para cada protón único unido al heteronúcleo considerado. El HSQC 2D también se puede combinar con otros experimentos en experimentos de RMN de dimensiones superiores, como NOESY-HSQC o TOCSY-HSQC.
Esquema general
El experimento HSQC es un experimento de RMN 2D de alta sensibilidad , descrito inicialmente en un sistema 1H – 15N , pero aplicable también a otros núcleos como 1H – 13C y 1H – 31P . El esquema básico de este experimento implica la transferencia de magnetización del protón al segundo núcleo, que puede ser 15N , 13C o 31P , mediante un paso INEPT ( insensible a núcleos potenciado por transferencia de polarización ). Tras un retardo de tiempo ( t1 ) , la magnetización se transfiere de nuevo al protón mediante un paso retro-INEPT y se registra la señal. En HSQC, se registra una serie de experimentos en los que se incrementa el retardo de tiempo t1 . La señal de 1H se detecta en la dimensión medida directamente en cada experimento, mientras que el desplazamiento químico de 15N o 13C se registra en la dimensión indirecta, que se forma a partir de la serie de experimentos .
HSQC en RMN de proteínas
1 H— 15 N HSQC
El experimento HSQC con 15N es uno de los más frecuentes en la RMN de proteínas. Este experimento puede realizarse utilizando la abundancia natural del isótopo 15N , pero normalmente , para la RMN de proteínas, se emplean proteínas marcadas isotópicamente. Dichas proteínas marcadas se producen generalmente expresando la proteína en células cultivadas en medios marcados con 15N .
Cada residuo de la proteína , con excepción de la prolina , tiene un protón amida unido a un nitrógeno en el enlace peptídico . El HSQC proporciona la correlación entre el nitrógeno y el protón amida, y cada amida produce un pico en los espectros HSQC. Por lo tanto, cada residuo (excepto la prolina) puede producir un pico observable en los espectros, aunque en la práctica no todos los picos se ven siempre debido a varios factores. Normalmente, el residuo N-terminal (que tiene un grupo NH3 + unido ) no es fácilmente observable debido al intercambio con el solvente. [ 3 ] Además de las resonancias amida del esqueleto, las cadenas laterales con protones unidos al nitrógeno también producirán picos.
En un espectro HSQC típico, los picos NH₂ de las cadenas laterales de asparagina y glutamina aparecen como dobletes en la esquina superior derecha, y puede aparecer un pico más pequeño sobre cada uno debido al intercambio de deuterio del D₂O que normalmente se añade a una muestra de RMN , lo que confiere a estos picos de cadena lateral una apariencia distintiva. Los picos de amina de la cadena lateral del triptófano suelen estar desplazados hacia campos bajos y aparecen cerca de la esquina inferior izquierda. Los picos de amida del esqueleto de la glicina normalmente aparecen cerca de la parte superior del espectro.
El espectro HSQC de 15N suele ser el primer espectro heteronuclear que se adquiere para la asignación de resonancias, donde cada pico amida se asigna a un residuo específico de la proteína. Si la proteína está plegada, los picos generalmente se encuentran bien dispersos y la mayoría de los picos individuales pueden distinguirse. Si se observa un gran grupo de picos superpuestos en la parte central del espectro, esto indicaría la presencia de elementos no estructurados significativos en la proteína. En estos casos, donde existe una superposición importante de resonancias, la asignación de resonancias en los espectros puede resultar difícil. La asignación del espectro HSQC requiere otros experimentos, idealmente mediante experimentos de triple resonancia con proteínas marcadas con 15N y 13C , que proporcionan conectividades secuenciales entre residuos para que las resonancias puedan vincularse a residuos específicos y asignarse secuencialmente. La asignación del espectro es esencial para una interpretación significativa de experimentos de RMN más avanzados, como la determinación de la estructura y el análisis de relajación .
Los compuestos químicos marcados con el isótopo 15N son relativamente económicos, y el HSQC de 15N es un experimento sensible que permite obtener un espectro en un tiempo relativamente corto. Por lo tanto, el HSQC de 15N se utiliza a menudo para evaluar la idoneidad de los candidatos para la determinación de la estructura mediante RMN, así como para optimizar las condiciones de la muestra. El proceso, que consume mucho tiempo, de determinación de la estructura generalmente no se lleva a cabo hasta que se obtiene un buen espectro HSQC. El experimento HSQC también es útil para detectar la interfaz de unión en la interacción proteína-proteína, así como las interacciones con ligandos como fármacos. Al comparar el HSQC de la proteína libre con el de la proteína unida al ligando, se pueden observar cambios en los desplazamientos químicos de algunos picos, y es probable que estos picos se encuentren en la superficie de unión donde la unión perturbó sus desplazamientos químicos. [ 4 ] El HSQC de 15N también se puede utilizar en el análisis de relajación en estudios de dinámica molecular de proteínas, la determinación de la constante de ionización y otros estudios.
1 H— 13 C HSQC
Este experimento proporciona correlaciones entre un carbono y sus protones unidos. La versión de tiempo constante (CT) de 1 H— 13 C HSQC se usa normalmente porque evita el problema de la división de la señal debido a los acoplamientos J homonucleares 13 C— 13 C que reducen la resolución espectral. [ 5 ] El "tiempo constante" se refiere al período de evolución completo entre los dos pasos INEPT que se mantiene constante en este experimento. Si este período de evolución se establece como el inverso de la constante de acoplamiento J , entonces el signo de la magnetización de aquellos carbonos con un número impar de carbono alifático unido será opuesto a aquellos con un número par. Por ejemplo, si el C β de la leucina aparece como un pico positivo (2 carbonos alifáticos unidos), entonces el C γ (3 carbonos alifáticos unidos) y el C α (1 carbono alifático unido) aparecerían negativos.
HSQC en RMN de lípidos
1 H— 31 P HSQC
El uso de 1H — 31P HSQC es relativamente poco común en lipidómica; sin embargo, el uso de 31P en lipidómica se remonta a la década de 1990. [ 6 ] El uso de esta técnica es limitado con respecto a la espectrometría de masas debido a que requiere un tamaño de muestra mucho mayor; sin embargo, la combinación de 1H — 31P HSQC con espectrometría de masas se considera un enfoque completo para la lipidómica y las técnicas de "espectroscopia dual" están cada vez más disponibles. [ 7 ]
Véase también
Referencias
- ↑ Bodenhausen, G.; Ruben, DJ (1980). "Espectroscopia de RMN de nitrógeno-15 de abundancia natural mediante espectroscopia heteronuclear mejorada" . Chemical Physics Letters . 69 (1): 185– 189. Bibcode : 1980CPL....69..185B . doi : 10.1016/0009-2614(80)80041-8 . S2CID 96730420 .
- ↑ Wu, Bin; Skarina, Tatiana; Yee, Adelinda; Jobin, Marie-Claude; DiLeo, Rosa; Semesi, Anthony; Fares, Christophe; Lemak, Alexander; Coombes, Brian K.; Arrowsmith, Cheryl H.; Singer, Alexander U.; Savchenko, Alexei; Stebbins, C. Erec (junio de 2010). "Los efectores NleG tipo 3 de Escherichia coli enterohemorrágica son ubiquitina ligasas E3 de caja U" . PLOS Pathogens . 6 (6) e1000960. doi : 10.1371/journal.ppat.1000960 . PMC 2891834. PMID 20585566 .
{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace ) - ↑ Steven M. Pascal (2008). Introducción a la RMN: Un enfoque basado en HSQC con animaciones vectoriales . IM Publications LLP. págs. 29–31 . ISBN 978-1-901019-08-7.
- ↑ Williamson, Mike P. (2013-08-01). "Uso de la perturbación del desplazamiento químico para caracterizar la unión de ligandos" . Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy . 73 : 1–16 . Bibcode : 2013PNMRS..73....1W . doi : 10.1016/j.pnmrs.2013.02.001 . ISSN 0079-6565 . PMID 23962882 .
- ↑ Geerten W. Vuister; Ad Bax (1992). "Mejora de la resolución y edición espectral de proteínas uniformemente enriquecidas con 13C mediante desacoplamiento homonuclear de banda ancha de 13C" (PDF) . Journal of Magnetic Resonance . 98 (2): 428– 435. Bibcode : 1992JMagR..98..428V . doi : 10.1016/0022-2364(92)90144-v .
- ↑ Bosco, M.; Culeddu, N.; Toffanin, R.; Pollesello, P. (1997). "Sistemas de disolventes orgánicos para el análisis de resonancia magnética nuclear de 31P de fosfolípidos de lecitina: aplicaciones a experimentos de coherencia cuántica múltiple heteronuclear con detección de 1H mejorados por gradiente bidimensional" . Analytical Biochemistry . 245 (1): 38– 47. doi : 10.1006/abio.1996.9907 . PMID 9025966 .
- ↑ Furse, Samuel; Fernandez-Twinn, Denise; Jenkins, Benjamin; Meek, Claire L.; Williams, Huw E.; Smith, Gordon CS; Charnock-Jones, D. Stephen; Ozanne Susan, E.; Koulman, Albert (2020). "Una plataforma de alto rendimiento para el análisis lipidómico detallado de una gama de tejidos de ratón y humanos" . Analytical and Bioanalytical Chemistry . 412 (12): 2851– 2862. doi : 10.1007/s00216-020-02511-0 . PMC 7196091. PMID 32144454 .
Referencias generales
- Espectroscopia de RMN de proteínas : Principios y práctica (1995) John Cavanagh, Wayne J. Fairbrother, Arthur G. Palmer III, Nicholas J. Skelton, Academic Press
Enlaces externos
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