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DNP-Enhanced CPMAS

13C-プロリンのサンプル調製とDNP増強CPMAS

DNPサンプルの調製には、分極剤(TOTAPOLバイラジカル等)を混合溶媒に添加するか、その代わりに対象サンプル中のラジカルをそのまま活用します。サンプルは一般に100~120 Kの低温で、MASを使って測定します。通常のNMR実験では、CWマイクロ波を持続的に照射してDNPを増強し、信号強度を高めます。

10 mM AMUPOL含有グリセロール/水中の13C-プロリンのDNPで感度増強したCPMAS(395 GHz/600 MHz): サンプル25 µL、U-13C-15N プロリン 1.5 mg、MAS 8 kHz、CPMASにはデカップリングとしてSpinal 64を使い、サンプル温度100 kで測定を行った。またマイクロ波オンおよびオフでそれぞれ8スキャンとrecycle delay(待ち時間)10 秒で測定を行った。

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DNP fig3 improved

DNPによって感度が向上するため、植物の細胞壁に結合するエクスパンシンタンパクの特性評価が可能に

DNP測定を行うことで、植物の細胞壁と混合した1%以下の13C,15N エクスパンシンを迅速に検出できます。REDORフィルターが、エクスパンシン 13Cシグナルだけを選択します。またREDORフィルター後のスピン拡散混合によって、エクスパンシンと細胞壁多糖間の相関関係が明らかになります。野生型タンパク質と2つの変異株との比較では、部位特異的なセルロース結合と高い細胞壁弛緩活性が相関関係にあることが示されました。

図3。(A) 植物の細胞壁に結合したエクスパンシンを示した図。WT (B) と変異体 RKK (C) のスピン拡散スペクトルは、タンパク質から細胞壁の多糖類への信号がビルドアップしているのを示している。(D) WTおよび変異体2種から植物細胞壁に移された信号の比較。(E) スピン拡散によってタンパク質-多糖類間に相互関係があるという直接的な証拠を示す2D 13C-13C スペクトル。
T. Wang et al. PNAS 2013, 110, 16444-16449

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DNP-enhanced NMR in biological solids

生物固体でのDNP増強NMR

ブルカーのDNP-NMR分光計は、低分子ペプチドや可溶性タンパク質、膜タンパク質、高分子生物学的複合体など、広範な生体サンプルの高感度化に成功しています。

zフィルター使用 (ZF) TEDOR を測定し、感度およびスペクトル成分を、300 K、700 MHz(DNPなし)ならびに100 K、400 MHz(DNPあり)で比較した。
M. J. Bayro, et al. J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 13967.

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DNP in material science

材料科学

DNP-NMRでは、有機シリカのハイブリッド材料を分子レベルで特性評価できます。有機シリカのハイブリッド材料は、結晶化や薬剤輸送、分離・精製の装置で用いられる主要な化合物です。

天然同位体比のMat-PrImに対するDNP実験: (a) bCTbK 偏極剤の構造。(b) DNPで感度増強した 13Cおよび(c) 15Nの1D スペクトル。ならびに異核相関スペクトル (d)1H- 13C、(e)1H- 15N、(f) 1H-29Si。1H DNP 信号増強 = 78 at 100 K
K. A. Zagdoun et al. J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 2284.

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DNP with Fast MAS

DNP with Fast MAS: Rapid Structural Characterization

25 kHz MAS improves the resolution of DNP spectra, enables long-range inter-residue polarization transfers, and is helpful for extending assignments.  DNP experiments were performed on Pf1 bacteriophage with non-uniform sampling (NUS) for rapid acquisition of multidimensional experiments. 

25 kHz MAS improves the resolution of DNP spectra, enables long-range inter-residue polarization transfers, and is helpful for extending assignments.  DNP experiments were performed on Pf1 bacteriophage with non-uniform sampling (NUS) for rapid acquisition of multidimensional experiments.  Fast spinning leads to longer relaxation times and assignments are simplified by use of long-range transfer sequences (e.g. CANCOCA, sequential sidechain correlation). Full assignment of intact virus particle was possible in under 1 week of experiment time
Reference:  Sergeyev I. et al. (2017) Proc Natl Acad Sci USA, 114: 5171

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