生物光譜分析

N.M.R.

(Nuclear Magnetic resonance)

原理

在量子的世界中，粒子會具有自旋的性質，而原子核也不例外．帶正電的原子核，在以某一特定角度自旋時，會產生一特定的磁場．而每個粒子只能有特定幾個自旋的角度，也就是只能產生特定幾種磁場．在無外界磁場的干擾下，其淨磁矩（磁矩向量總和）為零．而在施加一特定磁場後，那幾種特有的磁場便會顯現出來．而這些磁場的能量又有高低的差別，此即賽曼原理（Zeeman effect）．

在一固定磁場的作用下，這些具有不同能量的磁場之間會有特定的能量差，也就是會吸收或放出特定頻率的能量．透過核磁共振儀，便可以找出這些特定的頻率．然而，以核磁共振儀測定不同化合物時，雖然測定目標同樣為氫原子，卻會發現儀器找到的共振頻率有所不同．那是因為氫原子核外側的電子雲分布也會有所影響．帶負電的電子本身會產生反磁場，抵消部分外界的磁場．因此，電子雲較厚的地方，原子核實際感應到的磁場較弱，此即遮蔽效應（shielding effect）．

也因此，當得到不同的訊號時，科學家便可由此得知其周圍的電子分布情形，並進一步得知其分子的鍵結模式．

而在生物研究的方面，以多肽鍊分析為例，科學家常常使用ＴＯＣＳＹ、ＮＯＥＳＹ兩種２Ｄ光譜來進行研究．圖上的每個座標中的Ｘ和Ｙ，代表兩個不同氫原子的訊號．ＴＯＣＳＹ所提供的是相距三個鍵結以內的氫原子訊號，而ＮＯＥＳＹ提供的則是 5Å 以內的氫原子訊號．因此，由下圖可知：

ＴＯＣＳＹ所顯示的是同一個胺基酸之中，上下兩個氫的訊號（實線相連者）．而通常第一個胺基酸的ＴＯＣＳＹ訊號會接收不到，是因為第一個 N-H 常在溶於水後消失．而ＮＯＥＳＹ除了顯示胺基酸之中兩氫的訊號，亦會顯示胺基酸之間兩氫的訊號（虛線相連者）．將兩圖重疊後，兩者皆有的座標即為某個胺基酸的訊號，而只有ＮＯＥＳＹ的座標即為兩兩胺基酸之間的氫的訊號．如此便可推得整個多肽鍊的結構．

實作練習

步驟：

  1. 以任意一點為起點．（由於ＴＯＣＳＹ第一個點會不見，起點通常是藍色的ＮＯＥＳＹ）

  2. 以藍（胺基酸間）－藍紅（胺基酸內）－藍（胺基酸間）．．．的順序連線

若是反覆嘗試後仍然失敗，依舊以正向態度面對人生．　

（ｂｙ　作者）

此二圖為2018清大暑期營第五組的前輩們所繪　

圖片來源：

2018清華大學生科暑期科培營-第五組　　　　　　　https://sites.google.com/site/2018nthusummercamp05/

Dictionary by WeiJin Tang (湯偉晉編寫的字典): electron cloud (電子雲)

https://www.google.com/url?sa=i&url=http%3A%2F%2Fdictionarybyweijintang.blogspot.com%2F2010%2F01%2Felectron-cloud.html&psig=AOvVaw0gyVQiFli0XSUGk9Ae9roW&ust=1597235261273000&source=images&cd=vfe&ved=0CA0QjhxqFwoTCJDyt6CTk-sCFQAAAAAdAAAAABAD