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Polarización nuclear dinámica de la disolución (d-DNP) para el RMN

La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (NMR) tradicional se puede aumentar usando la polarización nuclear dinámica de la disolución (d-DNP), permitiendo usos tales como supervisión en tiempo real de acciones recíprocas bioquímicas, reacciones químicas, y procesos metabólicos.

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¿Cómo el d-DNP RMN trabaja?

En el RMN tradicional, la detección de moléculas se puede obstaculizar por intensidades débiles de la señal, que significa que las moléculas del objetivo necesita estar presente en las concentraciones más arriba que fisiológico comunes para que sean descubiertas rápidamente.

D-DNP vence esto usando los estados de barrena nuclear hyperpolarized, que permiten para reforzar de las intensidades de la señal cerca tanto como 3 a 4 órdenes de magnitud. D-DNP también se conoce como espectroscopia hyperpolarized del RMN, junto con técnicas de PHIP y de SABRE.

el d-DNP primero fue inventado en 2003 por Ardenkjaer-Larsen y los colegas y se ha explorado desde entonces en proteína y fijaciones metabolomic. el d-DNP utiliza los conceptos de DNP que incluye usando la alta polarización de las barrenas del electrón, que se logra vía la traslación de la barrena a las barrenas nucleares usando bajas temperaturas y la irradiación de microonda.

El aspecto de la disolución del d-DNP proviene la disolución rápida de la muestra después de DNP, de tal modo conservando a la mayoría de la hiperpolarización. El salto rápido de bajas temperaturas durante la irradiación de microonda a la temperatura ambiente es dominante a aumentar las intensidades de la señal, pues puede aumentar la polarización de la barrena nuclear.

Los experimentos del d-DNP siguen generalmente tres pasos. El primer implica la polarización nuclear dinámica en las bajas temperaturas. El segundo paso implica un salto rápido del ciclón a las temperaturas ambiente de la muestra, transformándolo al estado líquido antes de un movimiento rápido al espectrómetro del RMN.

El tercer paso, que es la detección sí mismo, ocurre en la temperatura ambiente o casi ambiente. La adquisición está de espectros unidimensionales, y así que el 2.o RMN no se puede hacer usando métodos del d-DNP a menos que en ciertos casos recientemente descubiertos.

¿Cuáles son los usos del d-DNP RMN?

el d-DNP se ha aplicado a la proyección de imagen de resonancia magnética (MRI), pero se utiliza generalmente conjuntamente con el RMN u otros métodos de la espectrometría. Comparte usos con otros métodos del RMN, tales como descripción de la estructura de proteínas.

Cuando el d-DNP se utiliza con los disolventes hyperpolarized como vectores para mover la hiperpolarización desde condiciones frías a una proteína en un aparato de DNP, el RMN multidimensional por el d-DNP llega a ser posible. El aspecto del d-DNP del RMN lleva a la hiperpolarización de las proteínas y de las moléculas, que pueden ayudar a situaciones donde están presentes los objetivos en concentraciones inferiores, tales como condiciones fisiológicas inferiores.

En condiciones tradicionales y concentraciones del RMN, el factor max de la transcripción exhibe una estructura del homodimer que ponga en contraste de la conformación intrínseco desordenada considerada en las concentraciones fisiológicas. Usando el d-DNP RMN, tales polarizaciones negativas pueden ser quitadas.

Las posibilidades de usar el d-DNP RMN para explorar acciones recíprocas de la proteína están ganando una cierta atención, parcialmente debido a su capacidad de quitar polarizaciones negativas previamente descritas en las condiciones fisiológicas. Por ejemplo, el osteopontin es una proteína intrínseco desordenada cuya base se puede observar solamente cuando está limitada a su ligand, heparina.

El atascamiento causa los cambios conformacionales que permiten que los residuos sean afectados por la hiperpolarización, donde seguirían siendo de otra manera inafectados. Por lo tanto, D-DNP RMN se puede utilizar para entender acciones recíprocas de la proteína y dinámica estructural, especialmente dentro de las proteínas intrínseco desordenadas.

Mientras que los usos ya mencionados han pertenecido principal a las proteínas, el d-DNP se considera cada vez más como uso viable para el metabolomics. El RMN en metabolomics ha sido eclipsado por la espectrometría de masa debido a su sensibilidad creciente, pero las pruebas sugieren que el d-DNP RMN podría aventajar esto.

Las aproximaciones incluyen la isótopo-etiqueta, donde las muestras etiqueta con 13C antes de d-DNP, y métodos untargeted, donde están hyperpolarized las muestras en la abundancia 13natural de C. A partir de todavía, el d-DNP no se ha aplicado a los estudios metabolomic “reales” mientras que sigue siendo imperfecto para este uso.

Por ejemplo, el uso 13de C significa que la detección está limitada a los carbonos cuaternarios debido a sus tiempos de relajación más largos. Tales entregas pueden ser resueltas teóricamente, pero esto no se ha logrado en la práctica todavía.

Los efectos del mundo real del d-DNP RMN todavía se están descubriendo, pero ha mostrado ya la importancia de la detección del cáncer in vivo, revelado de la droga, el vigilar de las reacciones del tratamiento, análisis biomolecular, y otros.

Fuentes

  1. Jannin S., y otros (2019). Uso y metodología de la polarización nuclear dinámica de la disolución en contextos físicos, químicos, y biológicos. Gorrón de resonancia magnética. https://doi.org/10.1016/j.jmr.2019.06.001
  2. Kovtunov K.V., y otros (2018). Espectroscopia Hyperpolarized del RMN: d-DNP, técnicas de PHIP, y de SABRE. Química: Un gorrón asiático. https://doi.org/10.1002/asia.201800551

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Last Updated: Nov 6, 2019

Sara Ryding

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Sara Ryding

Sara is a passionate life sciences writer who specializes in zoology and ornithology. She is currently completing a Ph.D. at Deakin University in Australia which focuses on how the beaks of birds change with global warming.

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