Concept

Nuclear magnetic resonance spectroscopy of proteins

Nuclear magnetic resonance spectroscopy of proteins (usually abbreviated protein NMR) is a field of structural biology in which NMR spectroscopy is used to obtain information about the structure and dynamics of proteins, and also nucleic acids, and their complexes. The field was pioneered by Richard R. Ernst and Kurt Wüthrich at the ETH, and by Ad Bax, Marius Clore, Angela Gronenborn at the NIH, and Gerhard Wagner at Harvard University, among others. Structure determination by NMR spectroscopy usually consists of several phases, each using a separate set of highly specialized techniques. The sample is prepared, measurements are made, interpretive approaches are applied, and a structure is calculated and validated. NMR involves the quantum-mechanical properties of the central core ("nucleus") of the atom. These properties depend on the local molecular environment, and their measurement provides a map of how the atoms are linked chemically, how close they are in space, and how rapidly they move with respect to each other. These properties are fundamentally the same as those used in the more familiar magnetic resonance imaging (MRI), but the molecular applications use a somewhat different approach, appropriate to the change of scale from millimeters (of interest to radiologists) to nanometers (bonded atoms are typically a fraction of a nanometer apart), a factor of a million. This change of scale requires much higher sensitivity of detection and stability for long term measurement. In contrast to MRI, structural biology studies do not directly generate an image, but rely on complex computer calculations to generate three-dimensional molecular models. Currently most samples are examined in a solution in water, but methods are being developed to also work with solid samples. Data collection relies on placing the sample inside a powerful magnet, sending radio frequency signals through the sample, and measuring the absorption of those signals. Depending on the environment of atoms within the protein, the nuclei of individual atoms will absorb different frequencies of radio signals.

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Cours associés (18)
CH-401: Advanced nuclear magnetic resonance
Principles of Magnetic Resonance Imaging (MRI) and applications to medical imaging. Principles of modern multi-dimensional NMR in liquids and solids. Structure determination of proteins & materials. M
CH-601(x): Basic and advanced NMR - Level 1 A (EPFL)
Basic theoretical and experimental aspects of NMR will be taught. Students will be familarized with modern NMR spectrometers.
CH-601(y): Basic and advanced NMR - Level 1 B (Sion)
Basic theoretical and experimental aspects of NMR. Students will be familarized with modern NMR spectrometers.
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Concepts associés (16)
Protein Data Bank
La banque de données sur les protéines ou BDP du Research Collaboratory for Structural Bioinformatics, plus communément appelée Protein Data Bank ou PDB est une collection mondiale de données sur la structure tridimensionnelle (ou structure 3D) de macromolécules biologiques : protéines, essentiellement, et acides nucléiques. Ces structures sont essentiellement déterminées par cristallographie aux rayons X ou par spectroscopie RMN. Ces données expérimentales sont déposées dans la PDB par des biologistes et des biochimistes du monde entier et appartiennent au domaine public.
Résonance magnétique nucléaire
vignette|175px|Spectromètre de résonance magnétique nucléaire. L'aimant de 21,2 T permet à l'hydrogène (H) de résonner à . La résonance magnétique nucléaire (RMN) est une propriété de certains noyaux atomiques possédant un spin nucléaire (par exemple H, C, O, F, P, Xe...), placés dans un champ magnétique. Lorsqu'ils sont soumis à un rayonnement électromagnétique (radiofréquence), le plus souvent appliqué sous forme d'impulsions, les noyaux atomiques peuvent absorber l'énergie du rayonnement puis la relâcher lors de la relaxation.
Effet Overhauser nucléaire
En spectroscopie RMN, l'effet Overhauser nucléaire décrit une interaction entre deux spins à travers l'espace et non pas à travers les liaisons chimiques comme le couplage scalaire. Cette interaction est limitée à environ 5-6 Å. En anglais, cet effet s'appelle "Nuclear Overhauser Effect", soit NOE. Cet acronyme est souvent utilisé en français sous l'expression "effet NOE". Une des conséquences de la résonance magnétique nucléaire est l'interaction dipôle-dipôle à travers l'espace.
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MOOCs associés (3)
Basic Steps in Magnetic Resonance
A MOOC to discover basic concepts and a wide range of intriguing applications of magnetic resonance to physics, chemistry, and biology
Fundamentals of Biomedical Imaging: Magnetic Resonance Imaging (MRI)
Learn about magnetic resonance, from the physical principles of Nuclear Magnetic Resonance (NMR) to the basic concepts of image reconstruction (MRI).
Fundamentals of Biomedical Imaging: Magnetic Resonance Imaging (MRI)
Learn about magnetic resonance, from the physical principles of Nuclear Magnetic Resonance (NMR) to the basic concepts of image reconstruction (MRI).

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