The molecular environment of intracellular sodium: 23Na NMR relaxation
The molecular environment of intracellular sodium: 23Na NMR relaxation
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细胞内钠的分子环境：23Na NMR弛豫
作者：
W. Rooney;C. Springer
随附论文中描述的综合方法在此通过牛血清白蛋白 (BSA) 盐水浓缩溶液的 23Na 信号和负载 Na+ 的酵母细胞的浓密悬浮液的细胞内 (Nai) 23Na 共振进行说明。我们使用频移试剂将后者与细胞外共振区分开来。我们发现 Nai 信号对应于表现出单一 c 型谱的有效单一 Na+ 离子群的信号。尽管酵母原生质对于给定的 Na+ 离子来说太大且过于分隔，无法在相关 NMR 时间尺度上对其整体进行采样，但事实确实如此。我们的结果清楚地表明，除了横向磁化强度的衰减之外，纵向磁化强度的恢复是双指数的。这是 c 型光谱所必需的，但并不经常被检测到。 Nai 共振弛豫速率常数的温度依赖性与简单的德拜过程或连接快极限中两个位点的离散交换机制不一致。我们使用相关时间的不对称连续分布来拟合 Nai 核感知的电场梯度波动的数据。 44% (w/w) BSA 溶液中 Na+ 的类似分布函数与相同温度下 Nai 的分布函数非常相似。这表明虽然 Nai 离子的大分子环境非常拥挤，但它在相当小的空间尺度上也是各向同性的。此外，可以使用通过拟合松弛数据获得的相关时间分布函数来计算松弛测量曲线。这很有用，因为实验 23Na 弛豫测量很困难。计算出的曲线可能是体内遇到的大部分细胞外 23Na 共振的合理模型。
The comprehensive approach described in the accompanying paper is illustrated here with the 23Na signal of a concentrated solution of bovine serum albumin (BSA) in saline and the intracellular (Nai) 23Na resonance of a dense suspension of Na+ ‐loaded yeast cells. We use frequency shift reagents to discriminate the latter from the extracellular resonance. We find that the Nai signal corresponds to that of an effective single population of Na+ ions exhibiting a single type c spectrum. This is true despite the fact that the yeast protoplasm is too large and too compartmentalized for a given Na+ ion to sample its entirety on the relevant NMR timescale. Our results show clearly that, in addition to the decay of transverse magnetization, the recovery of longitudinal magnetization is biexponential. This is required for a type c spectrum but has not often been detected. The temperature dependence of the relaxation rate constants of the Nai resonance is not consistent with either a simple Debye process or a discrete exchange mechanism connecting two sites in the fast limit. We have fitted the data using an asymmetric continuous distribution of correlation times for the fluctuations of electric field gradients sensed by the Nai nuclei. The analogous distribution function for the Na+ in a 44% (w/w) BSA solution is quite similar to that of the Nai at the same temperature. This suggests that while the macromolecular environment of the Nai ions is quite congested, it is also isotropic on quite a small spatial scale. Also, one can use the correlation time distribution function, obtained from fitting the relaxation data, to calculate a relaxometry curve. This is useful because experimental 23Na relaxometry is difficult. The calculated curve may be a reasonable model for the mostly extracellular 23Na resonance encountered in vivo.
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