Samenvatting
Samenvatting Modeling en structuurbepaling van biomoleculen Sabine van Dorselaer
Samenvatting van de cursus 'Modeling en structuurbepaling van biomoleculen Sabine van Dorselaer'
[Meer zien]Voorbeeld 4 van de 85 pagina's
Voorbeeld 4 van de 85 pagina's
In winkelwagenVerkoper
VolgenVoorbeeld van de inhoud
Samenvatting Magnetische resonantie vanbiomoleculen
1. Inleiding
Magnetische resonantie is een verzamelnaam voor drie verschillende technieken:
o NMR (nucleaire magnetische resonantie)
o EPR (elektronen paramagnetische resonantie), ook wel ESR (elektronenspin
resonantie) of EMR (elektronen magnetische resonantie) genoemd
NMR en EPR --> methoden die karakterisatie van verschillende
structurele en dynamische eigenschappen van moleculen toelaten
o NQR (nucleaire kwadrupool resonantie)
Minder gebruikt + beperkte toepassing in biofysica (detectie van
springstoffen in luchthaven bv.) --> dit bespreken we daarom niet
Magnetische resonantie in een notendop/kort overzicht:
o NMR:
= Studie van kernen --> nl. bepalen van:
Type van kern (vb. waterstof, stikstof-kern,...)
Positie van kern
Dynamica: beweging van moleculen
Hierbij is het Kern Zeeman effect zeer belangrijk
We gebruiken magnetische velden en instraling van rf-golven en
absorptie hiervan (vandaar spectroscopische techniek)
Opm. de kernen moeten een I>0 hebben
Soorten:
Vloeistof NMR
Vaste-stof NMR --> specifieke spectrometer nodig, waarmee je
ook vloeistof NMR kan doen (opm. met vloeistof NMR
spectrometer kan je geen vaste-stof NMR doen)
o EPR:
= Studie van elektronen --> nl. bepalen van structuur en dynamica
door elektron als spion te gebruiken (ook omgeving van elektron
bestuderen/bekijken --> spion dus)
We bestuderen ongepaarde elektronen aangezien het een
paramagnetische techniek is (ongepaarde elektronen zijn
paramagnetisch) --> S>0
Opm. we zullen hier wel in een andere tijd, nl. in snellere
beweging (vb. beweging van zijketens van EW of rotatie van
EW), kunnen detecteren tov NMR + ook andere
structuurinformatie eruit gehaald dan bij NMR
Hierbij is het Elektron Zeeman effect zeer belangrijk
We gebruiken magnetische velden en instraling van microgolven en
absorptie hiervan (vandaar spectroscopische techniek)
, Soorten:
Vloeistof EPR
Vaste-stof EPR
Ontwikkeling/succesverhaal:
o EPR en NMR --> kort na 2de wereldoorlog ontwikkeld
Reden: het grote militaire belang van radarsystemen had grote
ontwikkelingen in de microgolftechniek (belangrijk voor EPR) en in de
radiotechniek (belangrijk voor NMR) met zich meegebracht
o NMR in beginjaren: interessante, maar niet algemeen toepasbare techniek -->
met invoering van de FT NMR en daaropvolgende invoering van multi-
dimensionele NMR groeide NMR uit tot 1 van de belangrijkste
spectroscopische technieken
o Het belang van NMR microscopie --> geïllustreerd door de Nobelprijzen van
Felix Bloch en Edward Purcell (1952), Richard Ernst (1991) en Kurt Wütrich
(2002) --> vooral Zwitsers
Opm. Nobelprijzen voor de functionele MRI (magnetic resonance
imaging) of voor ontdekkingen van de fysische fenomenen die tot
NMR leidden buiten beschouwing gelaten
Jean Jeener speelde ook een belangrijke rol in het succesverhaal van
NMR --> hij stelde in 1971 een simpele 2-pulssequentie voor die in
een twee-dimensionele vorm kon geanalyseerd worden (FT-NMR)
Richard Ernst was gefascineerd door dit idee en dit bleek
uiteindelijk het startsein te zijn voor de moderne NMR met al
zijn huidige toepassingen en mogelijkheden
Richard Ernst laat het niet na om, telkens als hij gehuldigd
wordt, Jean Jeener (nu emeritus ULB) als de “echte” vader van
meer-dimensionele NMR aan te duiden
o EPR --> niet zo’n vliegende start
Hiermee enkel paramagnetische systemen bestuderen --> dit zijn
systemen die een ongepaard elektron hebben
Technische redenen hebben het ruimer gebruik ervan geremd
Pas in laatste 2 decennia: EPR techniek in stijgend gebruik door de
realisatie van verschillende gepulste EPR technieken
In volgende deel: basisprincipes om NMR/EPR te begrijpen uitgelegd
2. Het Zeemaneffect
Het kern-Zeemaneffect (voor NMR) en elektron Zeemaneffect (voor EPR) kunnen op
dezelfde manier beschreven worden --> vormen de basis van de beide magnetische
resonantietechnieken
Effect: kernen met een kernspin
verschillend van nul bezitten een
nucleair magnetisch moment
, o Dit magnetisch moment is collineair met de angulaire momentvector I (Fig.
2)
o Is gedefinieerd als = I waarbij -e/2m) = gyromagnetische verhouding
die specifiek is voor elke kern
Want m (massa) is specifiek voor elke kern --> via NMR dus type kern
bepalen
o Extra: H, 13C, 14N en 31P hebben zo’n kernspin --> kunnen we hierdoor
beschouwen als kleine magnetische momentjes die zich richten in een
magnetisch veld
Dit kunnen we vergelijken met een kompasnaald die zich richt in het
aardmagnetisch veld --> kompasnaald = magnetisch moment
nl. richt zich er evenwijdig mee + in zelfde richting --> reden:
energie van het magnetisch moment is dan 0 (minimaal --> dit
wordt nagestreefd)
12
opm. C heeft geen kernspin
Kernspin nu plaatsen in een uitwendig magnetisch veld B0 --> een draaimoment T zal
inwerken op en dit draaimoment zal trachten het magnetische moment parallel te
brengen met het uitwendige veld
o Deze torsie op magnetisch moment door uitwendig magneetveld: T = x B0
o Zoals net vermeld: hetzelfde als een kompasnaald in het aardmagneetveld -->
stabiele positie van kompas (laagste energie) wanneer deze parallel is met
magneetveld
o De potentiële energie E van in het magneetveld: E = -(.B0) = - B0 cos (3)
met de hoek tussen en B0
Extra uitleg over het scalair product
Parallel richten met uitwendig veld omdat de situatie het meest
stabiel is:
, Energie is minimaal wanneer hoek tussen uitwendig veld en
magnetisch moment 0° is --> Cos0° = 1 --> energie is dan zeer
negatief
o Is meest stabiel
Er is ook een 2de positie die ook stabiel is: 180° tov
magneetveld --> energie is dan eigenlijk maximaal want
cos180° = -1 --> energie is dan zeer positief
o Reden waarom dit ook al stabiel wordt beschouwd:
krachten werken op momentje en de krachten die het
naar links willen laten draaien zijn even groot als de
kracht die het naar rechts wil laten draaien
Is stabiel zolang je ervan af blijft
o Dit wordt echter metastabiel wordt genoemd: als je
tegen dit momentje duwt --> flipt dit meteen over naar
de hoek van 0°
Dus magnetische momentjes/kernen kunnen in 2 posities
voorkomen (lagere en hogere E)
o Analogie met kompasnaald gaat niet helemaal op: kernspins
kan men echter niet voorstellen als eenvoudige
kompasnaalden
De kern probeert zich ook wel parallel te richten met
het veld --> MAAR: z-component van het kern angulair
moment (= kernspin) is gekwantiseerd en kan enkel de
waarden/toestanden mħ aannemen
Voor een algemene kernspin I, zijn de m
kwantumgetallen: m=I, m=I-1, m=I-2, ..., m=-I
Er zijn dus ook verschillende energieniveaus
Schematische voorstelling van deze kwantisatie voor
een kernspin ½ (vb. proton) waarvoor twee
mogelijkheden bestaan geassocieerd met de
kwantumgetallen m = ½ en m = - ½
Voordelen van het kopen van samenvattingen bij Stuvia op een rij:
√ Verzekerd van kwaliteit door reviews
Stuvia-klanten hebben meer dan 700.000 samenvattingen beoordeeld. Zo weet je zeker dat je de beste documenten koopt!
Snel en makkelijk kopen
Je betaalt supersnel en eenmalig met iDeal, Bancontact of creditcard voor de samenvatting. Zonder lidmaatschap.
Focus op de essentie
Samenvattingen worden geschreven voor en door anderen. Daarom zijn de samenvattingen altijd betrouwbaar en actueel. Zo kom je snel tot de kern!
Veelgestelde vragen
Wat krijg ik als ik dit document koop?
Je krijgt een PDF, die direct beschikbaar is na je aankoop. Het gekochte document is altijd, overal en oneindig toegankelijk via je profiel.
Tevredenheidsgarantie: hoe werkt dat?
Onze tevredenheidsgarantie zorgt ervoor dat je altijd een studiedocument vindt dat goed bij je past. Je vult een formulier in en onze klantenservice regelt de rest.
Van wie koop ik deze samenvatting?
Stuvia is een marktplaats, je koop dit document dus niet van ons, maar van verkoper driesluyten. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.
Zit ik meteen vast aan een abonnement?
Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €15,49. Je zit daarna nergens aan vast.
Is Stuvia te vertrouwen?
4,6 sterren op Google & Trustpilot (+1000 reviews)
Afgelopen 30 dagen zijn er 52510 samenvattingen verkocht
Opgericht in 2010, al 14 jaar dé plek om samenvattingen te kopen