Resonancia magnética nuclear

Resonancia magnética nuclear • ¿Qué es y para qué sirve? Instrumentación • Parámetros de un espectro sencillo de RMN • Intensidad (área bajo la curva) • Desplazamiento químico (d). Grupos funcionales en 1H RMN • Desdoblamiento de señales • Tiempos de relajación • Espectros bidimensionales • Aplicaciones de RMN en bioquímica • Cinética y vías metabólicas • Unión de ligandos a macromoléculas • Modificaciones estructurales de proteínas • Determinación de estructuras de macromoléculas.

Los núcleos atómicos se comportan como pequeños imanes sin campo con campo

En presencia de un campo magnético se separan dos estados energéticos campo magnético

Propiedades de algunos núcleos atómicos

Equipo básico de RMN transmisor de radiofrecuencia receptor de radiofrecuencia Bobinas de barrido Bobinas de barrido Control y registrador Polo del imán Polo del imán Tubo de muestra Generador de barrido

Parámetros de un espectro de RMN 1) Intensidad (área bajo la curva). Es proporcional al número de protones que dan origen a la señal

Parámetros de un espectro de RMN 2) Desplazamiento químico (d) Es producto del campo magnético inducido por los electrones vecinos al núcleo

Parámetros de un espectro de RMN 2) Desplazamiento químico (d) desprotegido protegido campo bajo campo alto

Parámetros de un espectro de RMN 2) Desplazamiento químico (d)

Parámetros de un espectro de RMN 2) Desplazamiento químico (d) • Observaciones: • Los grupos electronegativos “desprotegen” a los núcleos y tienden a desplazar las señales a “campo bajo” (a mayores valores en ppm) • Los protones unidos a O y N tienen desplazamientos químicos muy variables que son sensibles a la concentración (formación de puentes de hidrógeno) a la temperatura y al disolvente (fenómenos de intercambio químico). • Los sistemas p desprotegen mucho a los protones que tienen unidos y tienden a desplazar las señales a “campo bajo” (a mayores valores en ppm)

Parámetros de un espectro de RMN 3) Desdoblamiento de señales (acoplamiento spin-spin) núm. de vecinos 1 2 3

Parámetros de un espectro de RMN singulete doblete triplete doblete cuarteto triplete cuarteto Triángulo de Pascal 3) Desdoblamiento de señales (acoplamiento spin-spin) Sin hidrógenos acoplados Un hidrógeno acoplado Dos hidrógenos acoplados Tres hidrógenos acoplados

Parámetros de un espectro de RMN 4) Tiempos de relajación El término relajación describe varios procesos por los cuales la magnetización de un estado fuera del equilibrio regresa a la distribución de equilibrio. Es decir, la relajación describe qué tan rápido los spines nucleares “olvidan” la dirección en que estaban orientados. Las velocidades de esta relajación de spines se puede medir y tiene aplicación en espectroscopía y en obtención de imágenes.

Interpretación de espectros simples de 1H RMN Qué se puede obtener del espectro: 1- ¿Cuántos tipos de H hay? – Indicado por cuántos grupos de señales hay en el espectro 2.- ¿Qué tipos de H ? – Indicados por los desplazamientos químicos de cada grupo 3.- ¿Cuántos H hay de cada tipo? – Indicados por la integración de la señal de cada grupo 4.- ¿Cuál es la conectividad? – A través de los patrones de acoplamiento sabemos qué grupo es vecino de qué grupo.

Algunos ejemplos de espectros e interpretación

http://ajax.prenhall.com/~bookbind/books/hanson/book/chapter16/medialib/flash/page3.htmhttp://ajax.prenhall.com/~bookbind/books/hanson/book/chapter16/medialib/flash/page3.htm

Algunos ejemplos de espectros e interpretación

Molécula con un alqueno terminal Molécula con un patrón de desdoblamiento de 9 líneas Nueve líneas, las de los extremos son demasiado pequeñas y no se ven

Un poco más complicado: 2D C4H8O: COSY CH2 OH CH2 CH3 CH3 – CH2 – CH2 – OH

Unión de ligando a ADN Robinson, H. and A. H. Wang (1996). Nucleic Acids Res24(4): 676-82. Usan 1H RMN para estudiar las transiciones estructurales en el polinucleótido dúplex A2G15C15T2 en presencia de la sonda catiónicas Co(NH3)63+. Las figuras muestran dos secciones del espectro donde se ven algunos de los protones de las bases en presencia de Co(NH3)63+ en diferentes relaciones de concentración respecto al ADN.

Unión de ligando a proteína 19F RMN de una proteína intestinal de unión a ácidos grasos. La proteína se preparó con ocho residuos de 4-19F-fenilalanina, los números de residuo son los que aparecen arriba de los picos en los espectros. El espectro de arriba (holo) corresponde a la proteína unida a una molécula de ácido oleico, mientras que el espectro de abajo (apo) es el de la proteína sin ligandos.

Modificación de proteínas • Lisozima intercambiada con deuterio • Lisozima sin intercambio (1H) • Lisozima precipitada en D2O con un desnaturalizante suave Chang, S.T. et al (1998) Biotech. and Bioeng. 59:144.

Desnaturalización de proteína Cu-Zn SOD sometida a diferentes concentraciones de SDS. 1H RMN, en a sin SDS y en b con 5% de SDS. Los espectros muestran las regiones de protones aromáticos y de amida (6.5 - 9 ppm), y de protones de carbono alfa y metínicos (< 5.8 ppm). Int. J. Biol Macromol (2001) 29; 99-105

Unión de ligando a proteína 1H RMN de insulina. Región de los protones de residuos aromáticos con diferentes concentraciones de ion cinc agregado. Los números indican las veces en exceso que se encuentra el Zn2+.

Unión de ligando a proteína Zhuang, Z, et al (2002) Biochemistry, 41, 11152-11160 NMR de 4-Hidroxibenzoil-CoA tioesterasa

Propiedades de aminoácidos en proteínas 1H RMN de la proteína nucleocápside HIV-1 (Bombarda, E. et al (2001) J Mol Biol310, 659). Los diferentes puntos representan los protones del Cb de la Cys36 (▲), Cys39 (● y ♦) y Cys49 (■)

Cinética enzimática 31P RMN ( J. Biol. Chem. (1996) 45; 28038-44). Mezcla de reacción que contiene inicialmente ATP, GMP y guanilato quinasa (GK) (espectros a, b, c, d) o bien ADP, GDP y GK (espectros e, f, g, h) y cuyo cambio se observa en el tiempo.

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