Structural Interpretation of NMR Spectroscopic Parameters in Nucleic Acids

Abstract

Title: Structural Interpretation of NMR Spectroscopic Parameters in Nucleic Acids Author: Mgr. Jiří Fukal Supervisor: Dr. Vladimír Sychrovský Institutions: Charles University, Faculty of Mathematics and Physics, and Czech Academy of Sciences, Institute of Organic Chemistry and Biochemistry Abstract: Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is versatile spectroscopy technique applicable to determination of both chemical and 3D structure of molecules. Elementary characterization of peptides, proteins and nucleic acids employs the 1 H and 13 C NMR measurements. Probing of 15 N and 17 O atoms usually requires advanced chemical preparation of molecules (labelling with relevant isotopes). 31 P NMR is in that regard exceptional due to 100% natural abundance of the isotope. Hence, NMR structural studies of a nucleic acid's backbone are aimed at the phosphate group. Pertinent spectral parameters include δ31P NMR shift and J-couplings involving the phosphorus atom (e.g. 3 JP,H3'). Structural interpretation of NMR spectra requires usage of adequate quantum chemistry method (QM method) and inclusion of effects due to molecular dynamic (MD). That is why plausible interpretation of the spectral parameters in nucleic acids may become computationally demanding. The benchmark of QM methodology for 31 P NMR calculation made possible...

Název: Strukturní interpretace NMR spektroskopických parametrů v nukleových kyselinách Autor: Mgr. Jiří Fukal Vedoucí: Dr. Vladimír Sychrovský Instituce: Univerzita Karlova, Matematicko-fyzikální fakulta a Akademie věd České republiky, Ústav organické chemie a biochemie Abstrakt: Nukleární magnetická rezonance (NMR) je spektroskopická technika široce používaná v mnoha oblastech moderního výzkumu. NMR spektroskopie je nepostradatelná při určování chemické a 3D struktury molekul. Zejména 1 H a 13 C NMR měření se staly základním nástrojem pro charakterizaci peptidů, proteinů a nukleových kyselin. 15 N a 17 O NMR experimenty většinou vyžadují zavedení těchto atomů/izotopů na příslušná místa v molekulách z důvodu jejich nízkého přirozeného zastoupení a tedy i nižší citlivosti měření. Měření 31 P NMR spekter se tedy nabízí jako velmi vhodná vzhledem ke 100 % přirozeného zastoupení tohoto izotopu. 31 P NMR studie nukleových kyselin se přirozeně zaměřují na fosfátovou skupinu páteře. Příslušné spektrální parametry zahrnují zejména δ31P NMR chemický posun a J spin-spin konstantu související s chemickou vazbou zahrnující atom fosforu (např. 3 JP,H3'). Pro teoretické výpočty 31 P NMR parametrů je nutné použít adekvátní kvantově mechanickou metodu (QM metodu) a zahrnout efekty v důsledku molekulové dynamiky (MD)....