Neue Ansätze zur Empfindlichkeitssteigerung in der biomolekularen NMR‐Spektroskopie

Abstract

Im Frühling 2013 versammelten sich NMR‐Spektroskopiker am Weizmann‐Institut in Israel, um neue Ansätze zur Verbesserung der Empfindlichkeit von NMR‐Experimenten zu diskutieren, besonders im Hinblick auf Experimente an biomolekularen Systemen. Der vorliegende Aufsatz ist von vielen Autoren mit unterschiedlichem fachlichem Hintergrund verfasst worden; er beschreibt den Stand der Forschung auf diesem Gebiet, wie er im Rahmen des Treffens diskutiert wurde. Es werden Ansätze für Ultra‐Hochfeld‐NMR‐Spektroskopie, für neuartige Techniken der NMR‐Detektion, für Prinzipien und Methoden der Kernhyperpolarisation, aber auch für neue Probenpräparationsmethoden diskutiert. Diese Ansätze verbessern die Empfindlichkeit von NMR‐Experimenten im Festkörper und in Lösung, sind voneinander unabhängig und können sich in ihren Auswirkungen multiplizieren. Auch wenn in allen genannten Bereichen bereits substanzielle Verbesserungen erzielt wurden, ist doch noch eine weite Strecke zu überwinden, um an die Empfindlichkeiten von optischen und elektronischen Spektroskopien heranzureichen. Diese Probleme und erste Lösungsansätze werden ebenfalls diskutiert.

Differences in Dynamics between Crosslinked and Non‐Crosslinked Hyaluronates Measured by using Fast Field‐Cycling Relaxometry

“…High‐resolution NMR spectroscopy can provide structural and dynamic information on macromolecules in solution 9–13. In recent years, progress in the theoretical and experimental application of solid‐state NMR (SSNMR) techniques14–19 have extended the use of NMR spectroscopy to the structural characterization of solid macromolecules such as fibrils,20–22 crystals,23–29 membrane proteins,21, 30–36 biomaterials37–40 and sediments,41–47 as well as for a wealth of pharmaceutically interesting molecules and their formulations 48.…”

Biosilica and bioinspired silica studied by solid-state NMR

“…[88][89][90] After the pioneering studies by Griffin and co-workers on lyophilized samples, [91][92][93] and Cross and Opella on oriented samples, [94] also the solid-state NMR characterization of biological macromolecules has flourished significantly, because of improved hardware, pulse sequences and sample preparation approaches. [85] Higher magnetic fields have led to improved sensitivity and resolution, especially when coupled to fast magic angle spinning. [95,96] Improved experimental design, also based on a more accurate computational description of larger and larger spin systems, [97] has led to improved transfer efficiencies and resolution.…”

“…Several strategies [85] have been proposed to improve experimental sensitivity in NMR. Among those, dynamic nuclear polarization (DNP), which uses microwave irradiation of EPR transitions to drive the magnetization from unpaired electrons to the nuclear spins, [86,87] provides dramatic enhancements, expanding the applicability of NMR to more and more complex chemical entities.…”

More than Proton Detection—New Avenues for NMR Spectroscopy of RNA

“…Often, the maximum concentration, at which RNA and RNA–protein complexes can be prepared for NMR studies, does not exceed 50 μ m , either for solubility reasons or for availability of sample, and thus all NMR experiments have to be optimized to maximize the signal‐to‐noise ratio. The multitude of current approaches to achieve maximal signal‐to‐noise ratio have been recently summarized …”