УСПЕХИ СПЕКТРОСКОПИИ ЯМР В ИССЛЕДОВАНИИ ТРЕХМЕРНОЙ СТРУКТУРЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ МАКРОМОЛЕКУЛ

Шахатуни А.Г.

Центр Исследования Строения Молекул НАН Армении

В последние пятнадцать лет началось и продолжается триумфальное шествие спектроскопии ЯМР как высокоэффективного метода определения пространственной структуры биомолекул. До этого доминирующим методом был рентгеноструктурный анализ.

В 1985-95 гг., благодаря бурному развитию многомерных методов спектроскопии ЯМР, началось многообещающее и интенсивное их применение для исследования строения относительно малых биомолекул. Эти исследования проводились в основном в изотропно-жидких растворах с использованием методов двух- или трехмерной корреляционной гомоядерной спектроскопии, основанных на ядерном эффекте Оверхаузера. Размеры исследуемых молекул тогда не превышали 10 kDa.

Два принципиальных ограничения затрудняли исследование больших молекул. Во-первых, большие молекулы имеют медленные скорости переходов и короткие времена релаксации. Это уменьшает чувствительность используемых сложных многоимпульсных последовательностей, применяющих большие задержки, необходимые для переноса когерентности. Во-вторых, увеличение размера молекулы соответственно повышает и сложность спектра, поскольку увеличивается число ЯМР-активных ядер и количество взаимодействий между ними.

В начале 90-х были разработаны методы селективного ¹⁵N/¹³C изотопного обогащения белков, а также методы многомерной гетероядерной спектроскопии и спектроскопии тройного резонанса, благодаря чему размеры исследуемых биомолекул дошли до 25 kDa. Дальнейшее развитие спектроскопии ЯМР (появление высокопольных спектрометров на 700, 800, а теперь и 900 МГц, датчиков с импульсными градиентами поля), а также методов полного, частичного или селективного дейтерирования биомолекул позволило исследовать молекулы размерами до 60 kDa, а благодаря недавно разработанной спектроскопии TROSY размеры исследуемых белков уже превышают 100 kDa.

Наконец, появившиеся совсем недавно методы исследования ориентированных биомолекул и применение методов ЯМР твердых тел вселяют надежду, что в скором будущем биомолекулы любых размеров и типов станут доступными для исследования.