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Kern-Overhauser-EffektZoomA-Z

Fachgebiet - Spektroskopie

Der so genannte Kern-Overhauser-Effekt (Abk. NOE, engl. nuclear overhauser effect) ist ein Begriff aus der Kern-Resonanzspektroskopie (NMR). Dieser spielt u.a. eine herausragende Rolle bei der Strukturanalyse von organischen Verbindungen und bei biologisch relevanten Makromolekülen. Hierzu wird ein so genanntes NOESY (Nuclear Overhauser and Exchange Spectroscopy)-Experiment durchgeführt. Der NOE wird u.a. bei 1H-entkoppelten 13C- o. 15N-NMR-Spektren beobachtet (heteronucleare 2D-NMR). Die Entkopplung wird erreicht, indem man neben der Resonanzfrequenz des zu messenden Nucleus (13C oder 15N) eine zweite Resonanzfrequenz einstrahlt, die den zweiten Kern (1H) entkoppelt. Die dabei auftretenden Spin-Relaxationsprozesse werden dazu benutzt, die Populationsdifferenzen zwischen den zwei Kernspinniveaus der Kerne A (N0/ N1) und B (N0/ N1) von A auf den in der Nachbarschaft befindlichen Kern B zu übertragen. Hierbei stehen N0 für die Anzahl an Kernen, die sich im Grundzustand befinden und N1 für diejenigen, die im angeregten Zustand vorliegen. Dies führt zu einer Erhöhung der NMR-Signalintensität des Kernes B relativ zu der von A, der durch die Magnetfeldeinstrahlung bei seiner Resonanzfrequenz gesättigt ist. Die Population der Kernspinniveaus wird durch die Boltzmann-Verteilung beschrieben. Der NOE ist abstandsabhängig, da die dipolare Kopplung mit 1 / r6 abnimmt. Der Abstand zwischen den beiden Kernen A und B sollte kleiner als 5 Å sein. Die folgende Gleichung beschreibt den Zusammenhang zwischen dem Signalverstärkungsfaktor und dem magnetogyrischen Verhältnis γ:

SBSB0=1+γA2 γBmitγX = magnetogyrisches Verhältnis der Kerne (X = A, B, ...)

Bei miteinander koppelnden Kernen verschiedener Art, wie z.B 13C mit 1H kann der Signalverstärkungsfaktor maximal einen Wert von ca. 3 einnehmen.

Zur Bestimmung einer Proteinstruktur werden NOE-Signale mittlerer Reichweite (engl. medium range, Abstände kleiner als vier Aminosäurereste) von solchen größerer Reichweite (engl. long range, Reichweiten über mehr als fünf Aminosäurereste) unterschieden. Erstere sind relevant für die Festlegung der Sekundärstrukturelemente und letztere für die Berechnung der Tertiärstruktur.

Siehe auch: magnetogyrisches Verhältnis γ , GG-Kerne , NMR-Spektroskopie

Lerneinheiten, in denen der Begriff behandelt wird

Auswertung von C-NMR-SpektrenLevel 245 min.

ChemieAnalytische ChemieNMR-Spektroskopie

Es werden verschiedene Aufnahmetechniken der C-NMR-Spektroskopie vorgestellt (Breitband-Entkopplung, DEPT, APT, Geated Decoupling, Off Resonace) und der Kern-Overhauser-Effekt erklärt. An einem Beispiel wird die Auswertung von 13C-NMR-Spektren erläutert. Dazu werden die Informationen aus dem entkoppelten, dem DEPT- oder APT-Spektrum sowie dem 1H-NMR-Spektrum genutzt. Zusätzlich wird die Berechnung der chemischen Verschiebung mit Hilfe von Inkrementsystemen vorgestellt.

Strukturanalyse von ProteinenLevel 130 min.

BiochemieArbeitsmethodenStrukturanalyse

Für die Aufklärung der Proteinstruktur, insbesondere ihres dreidimensionalen Aufbaus im Raum, sind vor allem zwei experimentelle Methoden entscheidend: 1. die Röntgenstrukturanalyse (X-ray crystallography) und 2. die multidimensionale NMR-Spektroskopie [Kernresonanzspektroskopie (nuclear magnetic resonance, NMR)