中国科学技术大学：《生物大分子波谱学原理》课程PPT教学课件（讲稿）Chapter 6b TOCSY and NOESY

生物大分子波谱学原理 吴季辉 TOCSY 全相关谱TOCSY(total correlation spectroscopy)也称HOHAHA (homonuclear Hartmann-Hahn spectroscopy),可以提供整个自 旋体系的信息

TOCSY 生物大分子波谱学原理 吴季辉 全相关谱TOCSY(total correlation spectroscopy)也称HOHAHA (homonuclear Hartmann-Hahn spectroscopy)，可以提供整个自 旋体系的信息

生物大分子波谱学原理 吴季辉 TOCSY A脉冲序列及相循环 左图是TOCSY序列及相 ④④ 干传递途径，基本循环有 8步： DIPSI- φ1=0220 0220 φ2=00220022 φ3= 0 φ4=11113333 +1 Φref-02020202 0 此循环由脉冲1,2,4各 -1 2步完全循环组成， ref=中1+中2 故选择规则为△p1中1+Ap2φ2+△p4中4+ref=0即（④p1+1)帅1+（△p2+1)中2+△p44=0 故选择的途径为△p1=±1；Ap2±1；△p4=0,±2

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TOCSY 90° 90° 90° 2 Spinlock (x) MLEV-17 Spin Lock →2x/11y-/→2y/11z→12z Product Operator: 90° SL 90° 9→11xcos21t41→11zc0s21t→12zc0s21t→I2xcos21t Positive and absorptive diagonal cross peaks for Z-filtered anisotropic TOCSY

TOCSY Positive and absorptive diagonal & cross peaks for Z-filtered anisotropic TOCSY MLEV-17 Spin Lock Product Operator:

生物大分子波增学原理 吴季辉 TOCSY B 脉冲序列分析 从Iz出发，前二个脉冲的作用类似COSY,产生4项信号，其中单量子 信号为相循环所抑制，剩下纵向磁化和多量子项，多量子项在isotropic混合脉 冲作用下由于射频场的不均一被抑制，最后只保留纵向磁化（见grar09.doc): -I cos()cos(au()cos()co() 其中零量子项已被忽略，因其最后产生的信号为反相且与主信号相差90 度，为反相色散信号，特别在蛋白质情祝下，影响不大。 在第三个90度脉冲作用下形成可观测信号： 2,4.c.)osQ4)co4) 其中k=1项对应于对角峰，其他项对应于交叉峰。可以看出二者在二维 均是同相裂分，而且二者相位一致，即TOCSY是一种同相谱。交叉峰强度 与混合效率a1k(cm)有关，后者与自旋体系的拓扑结构，J偶合常数的大小，混 合脉冲的混合效率以及弛豫的影响有关

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生物大分子波谱学原理 吴季辉 TOCSY 在TOCSY中用的混合脉冲有很多种类， 如 NALTZ-16,MLEV-17,DIPSI-2,DIPSI-3等，不 同的isotropic mixing sequencel的效率不同，适 合的谱宽也不同。 在混合脉冲期间还有ROE效应，因此有的 TOCSY序列中的混合脉冲包括一定的间隔，在 无脉冲的间隔中没有ROE效应，但有NOE效应， 由于蛋白质等大分子有ROE=一2NOE,这样 适当选取间隔长度，可使二者基本抵销。这种 TOCSY序列称为Clean-TOCSY

TOCSY 生物大分子波谱学原理 吴季辉 在TOCSY中用的混合脉冲有很多种类，如 WALTZ-16,MLEV-17,DIPSI-2,DIPSI-3等，不 同的isotropic mixing sequence的效率不同，适 合的谱宽也不同。 在混合脉冲期间还有ROE效应，因此有的 TOCSY序列中的混合脉冲包括一定的间隔，在 无脉冲的间隔中没有ROE效应，但有NOE效应， 由于蛋白质等大分子有ROE＝－2NOE，这样 适当选取间隔长度，可使二者基本抵销。这种 TOCSY序列称为Clean-TOCSY

生物大分子波谱学原理 吴季辉 TOCSY C实验及处理 ·同相谱与COSY等反相谱不同，间接维的点数不必 很大，一般512点足够。 混合时间的选择与要求的传递距离有关，传递距离 越长，需要的时间越长，一般短的可取20-30ms, 长的可取100ms左右。要注意：混合脉冲所用的功 率不能太大，尤其混合时间较长的。否则可能损坏 放大器及探头，另外混合脉冲产生的热量将使样品 发热，使得TOCSY的峰位同其他谱相比发生位移。 ·由于TOCSY是同相谱，一般用相移60一90度的正 弦窗函数

TOCSY 生物大分子波谱学原理 吴季辉 C 实验及处理 •同相谱与COSY等反相谱不同，间接维的点数不必 很大，一般512点足够。 •混合时间的选择与要求的传递距离有关，传递距离 越长，需要的时间越长，一般短的可取20-30ms， 长的可取100ms左右。要注意：混合脉冲所用的功 率不能太大，尤其混合时间较长的。否则可能损坏 放大器及探头，另外混合脉冲产生的热量将使样品 发热，使得TOCSY的峰位同其他谱相比发生位移。 •由于TOCSY是同相谱，一般用相移60－90度的正 弦窗函数

生物大分子波谱学原理 吴季辉 0.6 TOCSY 0.2 0.0 0.6 0.4 ( 0.2 0.0 0 50 100 150 200 250 tm(ms) FIGURE 6.44 Variation of cross-peak intensity as a function of isotropic mixing time for an isoleucine spin system.(a)Cross-peak intensity for transfer from the H spin with the HN spin removed and(b)cross-peak intensity for magnetization transfer from the HN spin.The curves for the destination spins are ( H,(---)H8,(-...-)Hy,(-.-)Hy2,and (----)H5.The transfer functions were calculated using the following coupling constants:HN=10.0 Hz,and J=12 Hz.Vicinal couplings to methyl groups were 6.7 Hz,all geminal couplings were-15 Hz,and all other vicinal couplings were 7 Hz.The effect of relaxation during the mixing was not considered

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生物大分子波谱学原理 吴季辉 TOCSY D 应用 TOCSY可提供整个自旋体系的连接，而且信号强， 对于谱峰证认很有用。 8 Y回 Y回 6 p Y马 B"⑤ B"@ BO …B③ @ 回 8 @ @ 8 分 o O龙@eo K48 K29 K48 K29 K48 K29 8.0 7.9 8. 7.9 8.0 7.9 F2(ppm) FIGURE 6.45 Sections of H2O TOCSY spectra acquired with mixing times of 48 (left),83(center),and 102 ms (right).The cross-peaks observed to the amide protons of Lys29 and Lys48 are assigned at the different mixing times.Cross- peaks to the spin-system termini are observed only at the longer mixing times

TOCSY 生物大分子波谱学原理 吴季辉 D 应用 TOCSY可提供整个自旋体系的连接，而且信号强， 对于谱峰证认很有用

生物大分子波谱学原理 吴季辉 TOCSY-wagergate (0)-SINE.100(30,di,iso,100) (0) (0) (0)-SINE.100(30,di,iso,10d p19p11p110p110p110p110p110p110p110p110p110p110ph11 70dBOdB 9dB 9dB 9dB 9dB 9dB 9dB 9dB 9dB 9dB 9dB9dB9dB 9dB:44dB 44dB 预饱和， 低功率选择性90脉冲（对准水峰）

TOCSY-wagergate 生物大分子波谱学原理 吴季辉 预饱和， 低功率选择性90脉冲（对准水峰）

生物大分子波谐学原理 吴季辉 TOCSY-doublewagergate (0)-SINE.100(30,di,iso,100) (0)SINE.50(13,di,iso,50) (0-STNE.50(1,di,iso,50) (0)-SINE.50(15i,ig,50), (0) on) % 09(0) (0 (0) (0) (09-5INE.50(24,di,iso,50) (0) (0)-SIE.100(30di,iso,100) 白11 p19p11p110p110p110p110p110p110p110:p11p11:p113 0dB 60dB odB 9dB9dB9dB 9dB 9dB9dB9dB9dB 9dB:44dB:44dB 1恢复前梯度脉冲清除残留磁化，两个WATERGATE以改善基线

TOCSY-doublewagergate 生物大分子波谱学原理 吴季辉 d1恢复前梯度脉冲清除残留磁化，两个WATERGATE以改善基线