Generalized Model-Free Analysis of Nuclear Spin Relaxation Experiments
Generalized Model-Free Analysis of Nuclear Spin Relaxation Experiments
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核自旋弛豫实验的广义无模型分析
DOI：
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发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Michael F. Brown
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Xiaolin Xu;A. Struts;Michael F. Brown
核磁共振波谱是化学和物理学中应用最广泛的实验工具之一。与X射线晶体学等方法相比，该方法可以同时获得结构和动力学信息。NMR光谱学中的解析公式是基于实验数据的理论力场方面的数值分子动力学（MD）模拟的补充。广义无模型（GMF）分析通过引入核自旋相互作用（偶极和四极耦合和化学位移）的不可约表示来连接理论和实验，该表示在维格纳旋转矩阵的旋转下进行变换。固态NMR实验通过包括对准框架内的运动的幅度和速率来表征动态变量，例如，晶轴系统或液晶或生物膜的指向矢框架。根据含时微扰理论，NMR弛豫速率取决于由于耦合哈密顿量的不可约分量引起的运动谱密度。均方振幅和相关时间与激活势垒一起表征结构动力学。应用于视紫红质给出了一个例子，其中视网膜辅因子的甲基具有不同的运动速率和随光激活而变化的激活屏障。GMF分析的简单框架可以应用于各种生物分子系统的弛豫实验，包括膜蛋白，淀粉样纤维和对齐的生物聚合物。
保留字：
耦合作用;
氘NMR;
转基因食品分析;
气相色谱还原反应;
膜蛋白;
残余四极耦合;
紫红质
NMR spectroscopy is one of the most widely used experimental tools in chemistry and physics. Compared with methods such as X-ray crystallography, both structural and dynamical information is obtained. The analytic formulations in NMR spectroscopy are complementary to numerical molecular dynamics (MD) simulations in terms of theoretical force fields based on experimental data. Generalized model-free (GMF) analysis bridges theory and experiment by introducing an irreducible representation of the nuclear spin interactions (dipolar and quadrupolar coupling and chemical shift), which transforms under rotations by the Wigner rotation matrix. Solid-state NMR experiments characterize the dynamical variables by including the amplitudes and rates of motions within the alignment frame, e.g., crystal axes system, or director frame for liquid crystals or biomembranes. According to time-dependent perturbation theory, the NMR relaxation rates depend on the spectral densities of motion due to the irreducible components of the coupling Hamiltonian. The mean-squared amplitudes and correlation times together with the activation barriers characterize the structural dynamics. Application to rhodopsin gives an example where the methyl groups of the retinal cofactor have different motional rates and activation barriers that change with light activation. The simple framework of GMF analysis can be applied to relaxation experiments for various biomolecular systems, including membrane proteins, amyloid fibrils, and aligned biopolymers.
Keywords:
coupling interactions;
deuterium NMR;
GMF analysis;
GPCR;
membrane proteins;
residual quadrupolar coupling;
rhodopsin
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