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老師介紹-蘇士哲
學經歷
學士：國立交通大學（現國立陽明交通大學）電子物理系
博士：國立清華大學生命科學系
中央研究院生物醫學科學研究所博士後研究員
美國The Scripps Research Institute分子生物學系研究人員
研究
生物大分子核磁共振（NMR）技術開發
蛋白質三維結構解析
蛋白質設計與工程
程式化生物分子辨識（Programmable biomolecular recognition）
結構生物學與生物光譜學研究
目前職務
國立清華大學生命科學系教授
生物資訊與結構生物研究所教授
超高磁場核磁共振儀相關研究與指導教授
課程內容簡介
課程內容簡介
本次課程組要介紹生物核磁共振(BioNMR)的基本原理與實際應用。課程首先說明核磁共振的形成原理，包括塞曼效應、核自旋在磁場中的能階分裂，以及傅立葉轉換如何將接收到的訊號轉換成可分析的光譜。
接著介紹化學位移(Chemical Shift)的概念，說明不同原子因周圍電子環境不同，而產生不同的共振頻率，並利用這些訊號判斷分子的結構。此外，這堂課也介紹了一維及二維核磁共振光譜，藉由分析原子間的鍵結關係與空間距離，更精確的解析蛋白質等生物大分子的結構。
最後，課程介紹了核磁共振在生命科學中的應用，包括蛋白質結構分析、蛋白質與DNA或藥物的交互作用研究，以及高通量篩選、代謝體學等前沿研究，展現核磁共振在生物醫學與藥物開發領域的重要價值。
核磁共振儀原理及成果
核磁共振儀原理及成果
原理：
質子數和中子數不同的原子核有自旋特性，可以用來進行NMR。帶正電的原子核自旋產生小磁場，稱為核磁矩。
1.物理原理：
（1）在外加磁場環境下，原子核將繞著磁場轉動。同時，它們的能量狀態會分裂成不同的能級。
（2）施加特定頻率的無線電脈衝時，低能階的原子核躍遷制高能階，及核磁共振。
（3）脈衝停止後高能態的原子釋放能量回到原本能階，過程中發散的電磁信號被電腦接收器接收。
（4）利用傅立葉轉換將訊號轉為NMR圖譜
2.環境原理： 為了產生所需的超強磁場，必須將線圈浸入 4 K 的液態氦中使其達到零電阻的超導狀態，才能安全承載巨大電流且不損耗能量。
成果：
1.應用成果： 這項技術被廣泛應用於解析蛋白質等生物大分子的三維空間結構與動力學特性。
不同原子核的訊號差異原因
不同原子核的訊號差異原因
1.蛋白質訊號的複雜性：
蛋白質分子中含有上千個氫核，由於各自所處的微環境不同，會呈現出不同的訊號特徵與分佈。
2.關鍵影響因素：
氫核訊號位置的改變，核心取決於其周圍電子密度的差異。
（1）高電子密度（強遮蔽效應）：
當氫核周圍的電子密度較高時，會產生較強的遮蔽效應，使訊號移動至特定的區域（例如甲基CH)。
（2）低電子密度（弱遮蔽效應）：
若屬於OH或NH等基團，因受到鄰近原子拉電子或形成氫鍵的影響，導致氫核周圍的電子密度變低、遮蔽效應減弱，訊號便會往相反的化學位移方向移動。
多維光譜圖
多維光譜圖
使數據更分散，方便分析
一維
一維
二維
二維
三維
三維
蛋白質結構在 NMR 中的基本特徵
蛋白質結構在 NMR 中的基本特徵
基本單位：蛋白質骨架上每三個原子為一個化學單位（N-C-C）。
化學位移：
NH（醯胺質子）：化學位移通常落在 7-10 ppm。
αH（α碳上的質子）：化學位移通常落在 3-5 ppm。
核心工具比較：TOCSY vs. NOESY
1.TOCSY
關係類型：鍵結間的關係。
傳遞範圍：訊號主要來自三個鍵內的共價鍵結。
提供訊息：只提供同一個胺基酸內部的訊息。
肽鏈中第一個氨基酸的 NH 經常會消失，因此若有五個氨基酸，在光譜上可能只會看到四個點。
2.NOESY
關係類型：空間上的關係。
傳遞範圍：訊號來自於空間中距離小於 5 Å 內的氫原子對（不管它們有沒有化學鍵相連）。
提供訊息：同時提供胺基酸內部以及前後鄰近氨基酸之間的空間訊息。
訊號強度：訊號強度與空間距離密切相關。通常，來自同一個氨基酸內部的 NOESY 訊號，會小於來自前後相鄰氨基酸之間的訊息
將兩種光譜疊合一起，選擇任一點，開始上下左右的連接順序為:氨基酸間－>氨基酸內－>氨基酸間>氨基酸內
參考資料
參考資料
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