常见问题：生物分子的NMR

关于NMR研究生物分子的可能性的7个事实

仅仅在NMR方法已经确立为用于研究简单有机化合物的强有力工具几年之后，进行了首次测量蛋白质光谱的尝试。 第一个工作涉及到1957年，当时得到的光谱，当然信息很少。 从那时起，半个多世纪以来，生物分子的NMR光谱已经取得了长足的进步，仅次于X射线晶体学，一种用于确定蛋白质结构的方法，用于研究生物分子动力学的关键实验方法并在新的生物活性化合物的合理设计领域中获得领先地位。

• 1.对于第一NMR光谱测量的蛋白质是核糖核酸酶A.光谱是一组简单的“丘”，从中没有结构或其它有用的信息在获得它是不可能的。 20年后，在70年代末期，它已经为傅立叶NMR光谱和第一个二维NMR光谱方法创造了一种强大的方法。 创建二维光谱技术使得研究复杂化合物（如蛋白质和核酸）成为真正强大的动力。 当然，这一领域发展的主要贡献属于诺贝尔奖得主，瑞士科学家理查德·恩斯特。 产生了几种互补技术，例如所谓的NOESY光谱法，即，核欧沃豪斯效应光谱（Nuclear Overhauser Effect） - 一种检测核间接触的方法。 如果质子在空间上靠近在一起，在这样的二维光谱中在对应于通过空间的两个相互作用的质子的位置处显示交叉峰。
• COZY的二维光谱，所谓的相关光谱：如果质子通过系统中的价电子相互作用，具有非零恒定自旋 - 自旋相互作用，即它们不被分离超过三个化学键彼此，我们在这个光谱我们看到相应的交叉峰。 并且它产生了许多互补技术，例如TOCSY - 用于检测属于相同氨基酸残基蛋白质的所有质子。 结果是，如果我们分析具有分子量例如高达一万道尔顿的相对小的蛋白质的二维谱，这些技术COSY，TOCSY和NOESY能够给我们足够的信息来分类信号，即是，以识别蛋白质的每个质子。 从这些光谱中获得的这些信息，足以计算蛋白质的结构。 1983年，一批科学家在诺贝尔奖得主Kurt Vyutrih的领导下，第一个结构是相对较小的蛋白质，但这是一个突破 - 直到那时，确定生物分子结构的唯一方法是X射线晶体学。最后，还有一种替代方法。 首先，这种方法允许确定溶液的结构，而不是在晶体中，其次，该方法的物理基础与X射线分析基本不同。
• 更多的NMR方法已经变得相当迅速。 已经发现，用于研究生物分子的非常有用的信息不仅可以提供质子和较重的核，例如碳-13。 其天然含量相对较小 - 约1％，但可以生长富含蛋白质的同位素碳-13培养基，从而将活性碳同位素的磁性含量增加至几乎100％。 这同样适用于氮-15同位素，其自然含量仍然是三分之一。 标记的稳定和磁活性同位素C-13和N-15蛋白质的制备技术已经产生了所谓的异核光谱学，即这些技术的重谱核相关的重核，碳或氮以及与它们相关的质子。 最后，上面提到的经典方法TOCSY，COSY和NOESY的组合，异核方法允许建立多维NMR光谱学的方法。 例如，在沿三个轴分布的三维（3D）光谱数据中：重核的一个轴（氮-15或碳-13），第二质子与重核结合的化学键，第三轴 - 任何其他质子与先前的通过空间或通过自旋 - 自旋耦合剂相互作用
• 这些方法帮助建立了不仅能够研究小蛋白质的方法，因为它是在生物分子的NMR光谱的早期发展，以及蛋白质到20,30kDa和更高。 现在对所研究的物体的分子量的限制正在迅速扩大。 近年来，来自不同国家的研究人员发表关于蛋白质或蛋白质复合物的参考信号的数据的研究，达到兆增量大小。 当然，这极大地扩展了NMR的可能性。 非常重要的是，NMR光谱学不仅可以获得关于结构的信息 - 它通过X射线分析非常成功地获得，而且可以获得关于蛋白质系统的动态性质的非常有价值的信息，并且在这里NMR方法是独特的。 也就是说，我们可以得到关于如何，什么特征频率，即，多快以及什么振幅移动蛋白质分子的某些片段的原子解析信息。 此外，这些特征时间运动被研究和从皮秒到小时，即直到NMR光谱实时。 为了改善自己的心理能力-购买俄罗斯益智药 - Cogitum，Semax， Cortexin ，Phenotropil。
• 最后，第三个领域，这是非常重要的 - 是NMR方法监测各种分子的相互作用，例如，研究小分子与生物分子的相互作用的可能性。 这些生物分子可以是靶蛋白 - 即受一种或另一种药物影响的那些，低分子量化合物可以是我们使用的药物或具有成为它们的潜力的那些化合物。 并且由于用于测定小分子结合蛋白质的能力的NMR方法的极高信息含量，该方法在用于寻找药物的应用中近年来已经非常迅速地发展。 有称为NMR筛选的方法，目的在于鉴定化合物，或甚至更小的分子片段，结合到口袋或其他蛋白质靶标的未来药物。 并且通过NMR可以定位多种分子片段，然后将其铰链化得到相当高亲和力的化合物，其具有作为好的补救的潜力。
• 6.大多数主要制药公司自二十世纪末90年代末，并在过去十年，它发生很快，它开始使用核磁共振筛选技术。 几乎所有的，这种方法被广泛使用。 如果你看一个生物活性化合物的列表，它们处于临床前或临床试验的特定阶段，似乎至少有三分之一是通过NMR筛选方法选择的。 应该注意的是NMR对药物发现的两个不同的应用方向。 第一方向与最多的生物靶信号的鉴定相关联，即与作为药物靶标的蛋白质的鉴定相关。 这种蛋白必然必须通过NMR研究，特别是它应该已经接收到关于参考信号的信息。 然后有许多NMR技术允许精确定位低分子量化合物，潜在药物与靶蛋白的结合口袋。 方法分子片段（基于片段的药物设计，FBDD），使用通过NMR获得的信息，用于将小分子片段有意义地连接成更大分子，其具有成为药物的潜力。
• 第二个领域涉及不获得关于分配靶蛋白的NMR信号的信息。 此外，从NMR的观点来看，这种蛋白质可以是非常高的，并且不便于测量其光谱。 但是这种蛋白质可以通过NMR筛选技术进行研究。 对于后一种方法，使用基于对低分子量化合物的性质的监测。 可以通过检测低分子量片段的特定性质来说，其结合或不结合生物靶标。 通过以合理的方式构建片段结构的逐步方案，并通过NMR检测与生物靶标结合的性质，我们可以接近结构更有效的化合物。 这种化合物在其性质方面将具有潜在的药物，即具有与靶蛋白和药物特异性的其他性质的有效结合常数。 然而，然而，它需要有一个很长的路，以深入的临床前和临床试验，但这是另一个故事，其中，但是NMR方法不占用最后的地方。