与温度一样,压力是基本的热力学变量.蛋白质在溶液中是多种构象的热力学平衡体.在不同的温度和压力等条件下,蛋白质包括折叠构象、变性构象以及各种中间体在内的不同构象的存在频率各不相同.当用压力作为扰动时,由于这些构象的偏摩尔体积不同,它们的存在频率便会因而发生变化,加压可将平衡向具有较小偏摩尔体积的方向移动.因此,利用高压核磁共振(NMR)技术,不仅可以研究高压对蛋白质结构和动力学的影响,还可以通过改变压力,在更为广泛的构象空间研究蛋白质结构和动力学.例如,利用平衡体系在加压时向体积小的构象方向移动这一特性,能够对在常压下因其存在频率低而难于检测、但在高压下因其体积小而存在频率增加了的构象进行深入研究,而这些构象往往与蛋白质的功能密切相关.该篇综述首先介绍了高压在蛋白质科学研究中的历史、有关概念和高压NMR技术;其次,结合实例,阐述高压NMR技术在蛋白质结构、折叠以及动力学研究中的应用;最后,对高压NMR技术在蛋白质研究中的应用前景进行展望.

描述了一种原创的紧凑型电子自旋共振(ESR)仪.该仪器具备高性能、低成本、简单可靠、结构紧凑、开放构架、多功能模块等一系列特点.分析了ESR谱仪的多个微波单位,研发并通过实验验证了自差ESR谱仪的最优双腔结构,并设计了一种可提供高均匀磁场的电、永磁混合磁体.最后介绍了这种新型紧凑型电子自旋共振仪的主要参数和应用.

在磁共振T/R开关和主动失谐线圈中广泛使用PIN管,由外部驱动器向PIN管提供驱动电源,控制其导通或截止,从而达到开关切换和线圈失谐的目的.因此,驱动器的性能直接影响T/R开关和线圈的性能.该工作提出了一种新的T/R开关驱动器设计方案.电路中门控信号与驱动电源互相隔离,同时包含了场效应管死区调整电路,提高了电路稳定性和灵活性.该电路开关切换时间可达500 ns,驱动电压和电流理论上分别可达400 V和10 A以上,具有快速、驱动能力强等特点.可用于快速T/R开关和主动失谐线圈的驱动、缩短死时间、减小发射线圈和接收线圈间的耦合.

为了满足自主研发的X波段动态核极化系统(DNP-NMR/MRI)对探头的需求,设计制作了用于动态核极化的TM₁₁₀模式圆柱形谐振腔探头.通过理论分析计算得到了探头腔体的初步尺寸,进而利用软件对其完整结构做进一步的仿真优化,并测试了基于优化参数设计加工的探头的性能参数.完成了探头在自主研制的场强为0.35 T的DNP-NMR/MRI系统上的测试,得到了大于50倍信噪比(S/N)增强的质子信号,同时获得信噪比增强的磁共振影像.

介绍了一种用于功能磁共振成像(fMRI)的温度觉刺激装置的设计与验证,该装置能够用于fMRI温度觉的脑功能研究,满足温度觉fMRI实验的自动化刺激要求.整个刺激装置设计了以微控制器为核心的控制电路,通过数据采集卡能够与上位机LabVIEW软件进行数据通讯,并将获取的数据通过特定的串口协议传递给数字PID温控模块,实现对刺激端温度的精确调控.最后,使用该刺激装置对多名被试进行了温度觉的脑功能实验,实验结果验证了该设计的可行性.

单边核磁共振(single-sided NMR)传感器具有体积小、造价低和结构开放等特点,特别适用于大型样品的现场无损检测,具有广阔的应用前景.该文介绍了一种均匀度较高的单边核磁共振传感器,在10 mm×10 mm的水平目标区域内,静态磁场均匀度为338×10^-6,在垂直方向上静态磁场具有4.6 T/m的恒定梯度.结合该磁场分布的梯度特性,提出了一种基于快速傅里叶变换和带通滤波处理的回波信号处理方法,可提取薄层样品的核磁共振信号,从而实现对样品纵深方向的高分辨率一维测量(分辨率达到50 μm).最后使用该传感器对复合绝缘子高分子聚合物、液体的扩散行为,以及植物叶片的枯萎过程进行了测量.展现了该方法在高分子材料分析、液体测量以及农业应用方面的潜力.

YycGF最早发现于枯草芽孢杆菌,是与细胞存活密切相关的双组分信号转导系统,存在于少量低鸟嘌呤和胞嘧啶(G+C)含量的革兰氏阳性菌中,包括金黄色葡萄球菌和肺炎链球菌等人类病原菌.在外界环境刺激下,胞膜上的组氨酸激酶YycG通过自身组氨酸磷酸化活化,将磷酸根转移至反应调节蛋白YycF的N端调节区(YycF_N)使之磷酸化,调控下游基因表达,实现特定细胞应答反应.二价金属离子在双组分信号转导系统反应调节蛋白的磷酸化过程中起着非常关键的作用,但它们与YycF_N相互作用的机制尚不清楚.该文利用液体核磁共振(NMR)方法研究了Ca²⁺、Mg²⁺两种离子与YycF_N的相互作用,对详细的相互作用界面进行了分析,并计算了Ca²⁺、Mg²⁺与YycF_N的解离常数(K_d).发现金属离子的关键作用位点是Asp9、Asp16和Asp53等残基,蛋白的整体构象也发生了一定变化,为阐明二价金属离子在反应调节蛋白信号转导过程中的作用机制提供了重要线索.

以4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼戊环分子为研究对象,对碳硼烷类化合物的核磁共振(NMR)检测方法进行了研究.除了采用常规的核磁共振碳谱(¹³C NMR)、氢谱(¹H NMR)及其二维相关谱外,引入核磁共振硼谱(¹¹B NMR)与二维异核多量子相关谱(¹H-¹¹B HMQC),对含硼类化合物结构进行了测定,该方法对于准确解析硼烷类化合物的结构具有较好的参考意义.

利用核磁共振(NMR)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对新疆鄯善地区原煤干馏制取的煤焦油进行了研究.NMR研究结果表明鄯善煤焦油的芳碳率f_ar^C为0.44;平均碳数N为2.87;取代指数s为0.33;缩合指数Q为0.74,这与缩合芳香环上连接的烷基侧链较多、链长较短有关;含氧官能团主要以芳醚形式存在;羧基、甲氧基脱落或者消失.选择了5个红外光谱参数B₁~B₅,用Ominic软件对谱图进行了矢量归一化并积分,获得了IR相关的部分结构参数.通过对NMR和IR结构参数的分析,推测鄯善原煤的处于中等变质程度,其类型属于以镜质体为主的腐殖型煤;成烃机理主要是长链烃断裂;由生烃机理推测其原煤的生气潜力大于生油潜力,其生气潜力碳主要为甲基单元.

镧系金属因其具有较窄的发射光谱带,较大的斯托克斯位移以及毫秒级的荧光寿命,而被广泛应用于荧光检测中,其中Tb³⁺、Eu³⁺最为常用.镧系金属结合标签(Lanthanide Binding Tag,LBT)可以与蛋白质融合表达,并且一般不会影响蛋白的结构和功能,这些特点使LBT被广泛应用于蛋白质结构与功能研究中.LBT能够特异性地结合镧系金属离子,并利用LBT上色氨酸的吲哚环作为“天线”吸收外部能量,再将能量传递给镧系金属离子,进而激发镧系金属离子产生荧光.该文以经典模式蛋白泛素(Ubiquitin,Ub)作为媒介,将LBT引入到Ub的碳端,采用定点突变的方法增加LBT上吲哚环的数量,观察Ub-LBT [结合铽离子(Tb³⁺)]荧光量子产率的变化.结果表明在LBT结构中增加吲哚环的数量能够提高LBT(结合Tb³⁺)的荧光量子产率.

泽泻为临床常用中药,是五苓散、龙胆泻肝丸及六味地黄丸等经典方剂的主要组成.我国药典收载了泽泻的两种饮片,即生饮片和盐制片.传统理论认为泽泻生饮片和盐制片功效不同,生饮片偏重于利水泄热,盐制后泄热作用缓和,小剂量可用于补益剂,但其物质基础还不清楚,难以有效控制饮片的制备工艺和成品质量.为了深入揭示泽泻生饮片和盐制片的成分差异,以及盐制过程中成分的转化,该研究运用基于核磁共振氢谱(¹H NMR)技术的代谢组学方法研究了泽泻生饮片与盐制片的化学成分差异及盐制过程中的成分变化.结果表明,泽泻生饮片与盐制片成分差异较大,而且随着盐制时间的延长成分变化愈加明显.采用偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)显示,δ_H 1.34信号对泽泻生饮片和盐制饮片在主成分1(t [1])方向的分离贡献最大.不同盐制时间条件下δ_H 3.82、3.78、3.66、1.34、0.92和1.30处的泽泻醇类成分特征信号变化明显,提示泽泻盐制过程中原萜烷型泽泻醇类成分可能发生脱水、脱乙酰基和氧化反应.该文为深入了解泽泻盐制过程成分转化提供了可靠依据.

通过超精细光谱测量,研究灯泡和滤光泡均充入氩气情形下,铷光谱灯的光谱特性和同位素滤光效果.研究结果表明,充氩气的铷光谱灯谱线轮廓存在一定程度的变形,为了减轻这种变形,谱灯的工作温度应适当降低.此外,滤光泡气压、长度和工作温度对滤光效果有显著影响.根据研究结果,优化了谱灯和滤光泡的设计参数和工作参数.将优化后的铷光谱灯和滤光泡用于铷原子频标,显著改善了短期频率稳定度.

通过核磁共振磷谱(³¹P NMR)对香豆素-3-二异丙基膦酸酯合成的反应过程进行跟踪,讨论了香豆素与亚磷酸二异丙酯在AgNO₃催化下的反应机理,并对反应条件进行了优化,对该反应的区域选择性位点进行了分析.

环氟菌胺是一种具有新型母核结构的优秀杀菌剂.该文采用¹H NMR、¹³C NMR、¹⁹F NMR、¹H-¹³C HSQC、¹H-¹³C HMBC和¹H-¹⁵N HMBC等多种核磁共振(NMR)技术,并结合质谱(MS)、紫外光谱(UV)和红外光谱(IR)等方法对环氟菌胺进行了解析,同时对一维核磁共振(1D NMR)波谱数据进行全归属,讨论了UV和IR的吸收峰与该化合物各官能团的对应关系、¹⁹F对其¹H和¹³C NMR谱峰的影响,以及MS主要离子碎片的归属和化合物裂解规律.

α-synuclein(AS)是一种和帕金森病(PD)密切相关的天然无结构蛋白,是PD标志物路易小体(LB)的主要成分.AS异常聚集和纤维化被认为是引起PD的主要原因之一,因而针对其结构、聚集和功能的研究一直是国际上的热点.核磁共振(NMR)技术能获得具有原子分辨率的蛋白质结构和动态信息,尤其适合研究其它生物物理方法难以研究的天然无结构蛋白.该综述主要讨论NMR技术结合其他技术手段在AS的结构、聚集机制、以及与生物膜、金属离子和其它蛋白质相互作用研究中的应用.这些研究结果为探索PD的发病机制提供了有益的线索.

肥胖症已经成为严重威胁人类健康的主要慢性疾病之一,磁共振成像(MRI)和磁共振波谱(MRS)技术的结合运用,对于评价脂肪组织分布和蓄积程度具有极大的优势.该文总结了近年来MRI与MRS技术在肥胖症研究中的应用进展,并讨论了MRI与MRS技术在肥胖症临床应用及科学研究中的价值.