UNIVERSITA DEGLI STUDI DI TORINO. Corso di Laurea in Biotecnologie LEZIONI DEL CORSO DI STRUTTURISTICA CHIMICA E CHIMICA BIOINORGANICA

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI TORINO Corso di Laurea in Biotecnologie LEZIONI DEL CORSO DI STRUTTURISTICA CHIMICA E CHIMICA BIOINORGANICA Modulo di Spettroscopia NMR di Sistemi Biologici versione 6.1 (Ott 2007) Dr. Giuseppe Digilio SCUOLA UNIVERSITARIA INTERFACOLTA PER LE BIOTECNOLOGIE Via Nizza Torino (TO) giuseppe.digilio@unito.it

2 STRUTTURISTICA CHIMICA Programma del Corso 1. Principi di Risonanza Magnetica Nucleare: momento angolare di spin, momento magnetico, magnetizzazione macroscopica, livelli energetici. 2. Osservazione dello spettro NMR, trasformata di Fourier; tecnica NMR ad impulsi; Rappresentazione vettoriale degli esperimenti FT-NMR. 3. Parametri NMR: lo spostamento chimico, larghezza di riga, area del segnale; 4. Parametri NMR: costanti di accoppiamento scalare,. 5. Il rilassamento nucleare. 6. L effetto Overhauser nucleare (noe). 7. Spettroscopia 13 C-NMR 8. Spettroscopia NMR multidimensionale (2D-NMR) 9. Struttura delle proteine (richiami) 10. Spettroscopia NMR biomolecolare: Metodi NMR per la determinazione della struttura di proteine. Spettroscopia 1D e 2D NMR di proteine, assegnazione dei segnali 1 H-NMR. derivazione di vincoli geometrici da dati NMR; calcolo della struttura tridimensionale (cenni).

3 Testi consigliati H. Friebolin Basic one- and two-dimensional NMR spectroscopy, VCH, 1993 Un testo di base di introduzione alla spettroscopia FT-NMR mono- e bidimensionale, con spiegazioni semplici ed efficaci, basate esclusivamente sul modello vettoriale. H. Günther NMR Spectroscopy: Basic principles, concepts, and applications in chemistry 2 nd Ed, J. Wiley, 1995 Un testo di base completo che tratta sia i concetti di base della tecnica NMR, sia gli aspetti più teorici (formalismo degli operatori prodotto, teoria dell accoppiamento scalare, ecc ecc). Contiene una buona introduzione alle tecniche bidimensionali ed una vasta trattazione delle applicazioni della spettroscopia NMR in chimica organica A.E. Derome Modern NMR techniques for chemistry research, Pergamon Press,1993. Un testo di base di introduzione alla spettroscopia FT-NMR mono- e bidimensionale, con spiegazioni semplici ed efficaci, basate esclusivamente sul modello vettoriale. T.D.W. Claridge High-resolution NMR techniques in Organic Chemistry Pergamon 1999 (Elsevier Science) Un testo di base aggiornato, particolarmente utile per quanto riguarda l applicazione di tecniche 2D-NMR a problemi di chimica organica. K. Wüthrich NMR of proteins and nucleic acids J. Wiley, Un testo fondamentale per la comprensione dell uso della tecniche NMR (mono e multidimensionali) nella risoluzione della struttura tridimensionale di proteine, peptidi ed acidi nucleici. Cavanagh et al. Protein NMR Spectroscopy: Principles and Practice, Academic Press, Contiene una descrizione teorica molto rigorosa (e quindi molto complessa) degli esperimenti bidimensionali comunemente impiegati per lo studio di proteine ed

4 altre biomolecole. Per gli studenti più appassionati, e dotati di solide conoscenze di chimica fisica. S. Braun, H. O. Kalinowski, S. Berger 100 and more Basic NMR Experiments. A practical Course VCH, Una guida pratica preziosa con la descrizione dei più comuni esperimenti NMR (è descritto come eseguire ed interpretare più di 100 esperimenti NMR). Utile per chi opera davanti ad uno spettrometro NMR, con particolare attenzione agli utenti Bruker. Molti esempi di spettri NMR sono stati tratti da questo libro. Joseph. P. Hornak The Basics of NMR Un utilissimo corso on-line di spettroscopia NMR, dove i principi basilari della tecnica sono spiegati in modalità ipertestuale e con efficaci animazioni. Peter Güntert Structure calculation of biological macromolecules from NMR data Quarterly Reviews of Biophysics 31, 2 (1998), pp La fase di calcolo (dinamica e meccanica molecolare) è parte integrante della procedura di determinazione della struttura tridimensionale di proteine. In questa review sono descritti tutti gli aspetti relativi alla parte di calcolo: dalla derivazione dei vincoli geometrici da dati NMR, alla descrizione degli algoritmi di calcolo, alla valutazione delle strutture ottenute. Nonostante la difficoltà della materia, i concetti fondamentali alla base delle tecniche di calcolo strutturale sono descritti in maniera chiara ed esauriente. Craig A. Merlic, Dr. Jane Strouse WebSpectra Problems in NMR and IR spectroscopy 1997, UCLA Chemistry & Biochemistry Department. Esercizi on-line per la soluzione di spettroscopia NMR, presentati in maniera efficace e a diversi gradi di difficoltà. Bradley D. Smith, Bill Boggess, Jaroslav Zajicek. Organic Structure Elucidation - A Workbook of Unknowns 1998, Department of Chemistry & Biochemistry, University of Notre Dame. Esercizi on-line per la soluzione di spettroscopia NMR, presentati in maniera efficace e a diversi gradi di difficoltà.

5 Ringraziamenti Molte idee e molto materiale per la preparazione di questo corso sono stati tratti, oltre che dai libri elencati sopra, da lezioni e dispense reperibili via Internet. In particolare desidero segnalare (e ringraziare): Thorsten Dieckmann Biomolecular NMR Spectroscopy Thomas L. James Fundamentals of NMR University of California Paul R. Young NMR Spectroscopy University of Illinois at Chicago, Joseph. P. Hornak The Basics of NMR Michael Sattler Biomolecular NMR Spectroscopy EMBL Heidelberg Gerd Gemmecker Advanced NMR Spectroscopy Technical University Munich education_new-0-0,00.html Dr. Geerten W. Vuister (Department of Biophysical Chemistry, NSRIM Center, University of Nijmegen, The Netherlands) An introduction to biomolecular multidimensional high-resolution NMR Spectroscopy James Keeler Understanding NMR Spectroscopy University of Cambridge education_dets ,00.html / Rainer Haeßner (Technical University Munich) and Art van der Est (Brock University) Interpretation of NMR spectra Exercises and Solution Dr. Chiara Bracco (Bioindustry Park del Canavese) per l organizzazione del materiale e la preparazione dei lucidi. Prof. Mauro Fasano (Università dell Insubria) e Prof. Silvio Aime (Università di Torino) per l impostazione generale del Corso. Dr. Walter Dastrù (Università di Torino), Prof. R. Gobetto (Università di Torino) e Prof. M. Botta (Università del Piemonte Orientale) per idee, materiale e suggerimenti sulla spettroscopia 2D-NMR.

6 Stefano Mammi (Università di Padova) Two-dimensional NMR spectroscopy, lezioni per la Scuola Nazionale di Risonanza Magnetica Nucleare, Torino 2002 Maurizio Paci (Universita di Roma Tor Vergata) Introduzione alla spettroscopia NMR, lezioni per la Scuola Nazionale di Risonanza Magnetica Nucleare, Torino 2002

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