Що таке ядерна магнітно-резонансна спектроскопія білків?
Ядерна магнітно-резонансна спектроскопія білків (зазвичай скорочена як NMR білків) - це область структурної біології, в якій NMR спектроскопія використовується для отримання інформації про структуру і динаміку білків, а також нуклеїнових кислот і їх комплексів. Поле було піонером Річарда Р. Ернста і Курта Вутрича в ETH, а також Ad Bax, Marius Clore, Angela Gronenborn в NIH, і Герхард Вагнер в Гарвардському університеті, серед інших. Визначення структури за допомогою спектроскопії НМР зазвичай складається з декількох фаз, кожна з яких використовує окремий набір високоспеціалізованих методів. Підготують зразок, роблять вимірювання, застосовують інтерпретаційні підходи, обчислюють і підтверджують структуру.

NMR включає в себе квантово-механічні властивості центрального ядра («ядра») атома. Ці властивості залежать від місцевого молекулярного середовища, і їх вимірювання дає карту того, як атоми хімічно пов'язані, як близько вони знаходяться в просторі, і як швидко вони рухаються по відношенню один до одного. Ці властивості в основному ті ж, що і ті, що використовуються в більш знайомій магнітно-резонансній томографії (МРТ), але молекулярні додатки використовують дещо інший підхід, придатний для зміни масштабу від міліметрів (від інтересу для рентгенологів) до нанометрів (зв'язані атоми, як правило, є фракцією нанометра), фактор в мільйон. Ця зміна масштабу вимагає набагато більшої чутливості виявлення і стабільності для довгострокового вимірювання. На відміну від МРТ, дослідження структурної біології безпосередньо не генерують зображення, а покладаються на складні комп'ютерні розрахунки для створення тривимірних молекулярних моделей.

В даний час більшість зразків досліджуються в розчині у воді, але розробляються методи, які також працюють з твердими зразками. Збір даних залежить від розміщення зразка всередині потужного магніту, надсилання радіочастотних сигналів через зразок і вимірювання поглинання цих сигналів. Залежно від середовища атомів всередині білка, ядра окремих атомів будуть поглинати різні частоти радіосигналів. Крім того, поглинальні сигнали різних ядер можуть бути порушені сусідніми ядрами. Цю інформацію можна використовувати для визначення відстані між ядрами. Ці відстані, в свою чергу, можуть бути використані для визначення загальної структури білка.

Типове дослідження може включати в себе те, як два білки взаємодіють один з одним, можливо з метою розробки дрібних молекул, які можуть бути використані для дослідження нормальної біології взаємодії ("хімічна біологія") або для надання можливих підходів для фармацевтичного використання (розробка препаратів). Часто пара білків, що взаємодіють, може бути ідентифікована дослідженнями людської генетики, що вказує на те, що взаємодія може бути порушена несприятливими мутаціями, або вони можуть відігравати ключову роль в нормальній біології «модельного» організму, такого як фруктова муха, дріжджі, черв'яки C. elegans або миші. Щоб підготувати зразок, методи молекулярної біології зазвичай використовуються для виготовлення кількостей за допомогою бактеріальної ферментації. Це також дозволяє змінювати ізотопний склад молекули, що бажано, оскільки ізотопи поводяться по-різному і забезпечують методи для виявлення перекриваються сигналів НМР.