NMR Applications in Biopolymers

توضیح ساختار پلیمرهای زیستی به گونه ای که در طبیعت وجود دارند از دیرباز هدف بیوشیمی دانان و زیست شناسان بوده است. درک چگونگی تعامل این مواد با خود، سایر املاح و حلال ها می تواند بینش مفیدی را در زمینه های بسیاری از بیوشیمی، کشاورزی، علوم غذایی و پزشکی ارائه دهد. دانش ساختار یک پروتئین یا کربوهیدرات پیچیده در شکل بومی آن، دستورالعمل هایی را برای تغییرات شیمیایی یا ژنتیکی که اغلب برای بهینه سازی این ترکیبات برای نیازها و کاربردهای خاص مورد نظر هستند، ارائه می دهد. به عنوان مثال، در صنعت داروسازی، روابط ساختار-عملکرد شامل بیوپلیمرها به طور معمول به عنوان وسیله ای برای طراحی داروهای جدید و بهبود کارایی آنها مورد مطالعه قرار می گیرد. ابزارهای انجام تحقیقات ساختاری پلیمرهای زیستی در سطح مولکولی تعداد محدودی دارند. از نظر تاریخی کریستالوگرافی اشعه ایکس جذاب ترین روش برای انجام مطالعات از این نوع بوده است. با این حال، روش‌های اشعه ایکس را فقط می‌توان برای مواد بسیار مرتب و کریستالی به کار برد، بنابراین از مطالعات دینامیک محلول که اغلب برای دستیابی به درک جهانی از رفتار پلیمرهای زیستی حیاتی هستند، جلوگیری می‌کند. در سال‌های اخیر، طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای (NMR) برای تبدیل شدن به یک ابزار قدرتمند برای بررسی ساختارهای پلیمرهای زیستی در محلول و در حالت جامد تکامل یافته است. NMR وسیله ای برای مطالعه دینامیک پلیمرها در محلول و بررسی اثرات املاح، حلال و سایر عوامل رفتار پلیمری فراهم می کند. با توسعه اشکال دو بعدی و سه بعدی طیف‌سنجی NMR، اکنون می‌توان ترکیبات محلول پروتئین‌های کوچک، الیگونوکلئوتیدها و اولیگوساکاریدها را ارزیابی کرد.

Elucidating the structures of biopolymers as they exist in nature has long been a goal of biochemists and biologists. Understanding how these substances interact with themselves, other solutes, and solvents can provide useful insights into many areas of biochemistry, agriculture, food science and medicine. Knowledge of the structure of a protein or complex carbohydrate in its native form provides guidelines for the chemical or genetic modifications often desired to optimize these compounds to specific needs and applications. For example, in the pharmaceutical industry, structure-function relationships involving biopolymers are studied rou­ tinely as a means to design new drugs and improve their efficacies. The tools to conduct structure investigations of biopolymers at the molecular level are limited in number. Historically X-ray crystallography has been the most attractive method to conduct studies of this type. How­ ever, X-ray methods can only be applied to highly ordered, crystalline materials, thus obviating studies of solution dynamics that are often critical to attaining a global understanding of biopolymer behavior. In recent years, nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy has evolved to become a powerful tool to probe the structures of biopolymers in solution and in the solid state. NMR provides a means to study the dynamics of polymers in solution, and to examine the effects of solute, solvent and' other factors~n polymer behavior. With the development of 2D and 3D forms of NMR spectroscopy, it is now possible to assess the solution conforma­ tions of small proteins, oligonucleotides and oligosaccharides.