Bazı protein ve enzim çözeltilerinde NMR rölaksasyon zamanlarını modüle eden ilgi zamanlarının T1/T2 oranı kullanımı yoluyla belirlenmesi
Determination of correlation times modulating NMR relaxation times in some protein and enzyme solutions using T1/T2 rate
Yazar: BİLGİN ZENGİN
Danışman: PROF. ALİ YILMAZ
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Biyofizik = Biophysics ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Enzimler = Enzymes ; Gevşeme zamanı = Relaxation time ; Hemoglobinler = Hemoglobins ; Manyetik rezonans = Magnetic resonance ; Manyetik rezonans spektroskopi = Magnetic resonance spectroscopy ; Nükleer manyetik momentler = Nuclear magnetic moments ; Spin-spin etkileşmesi = Spin-spin interaction ; Spin-örgü durulma = Spin-lattice relaxation

Özet:
Bu çalışmada, Hemoglobin ve üç enzim (Pepsin, Proteaz ve ?-chymotrypsin) çözeltisinin H2O' daki 1/T1 (spin-örgü) ve 1/T2 (spin-spin) rölaksasyon oranları 64 MHz (1.5 Tesla) MR spektrometresi kullanılarak oda sıcaklığında konsantrasyona karşı incelendi. Hemoglobinin D2O ve H2O/D2O (0.1ml H2O+0.9ml D2O) çözeltilerindeki rölaksasyon oranları ayrıca 400 MHz (9.4 Tesla) NMR spektrometresiyle konsantrasyona ve sıcaklığa karşı incelendi.64 MHz' deki 1/T1 ve 1/T2 rölaksasyon oranları, Hemoglobin ve enzim konsantrasyonuyla lineer olarak artmaktadır. 400 MHz' de belirlenen 1/T1 ve 1/T2 de Hemoglobin konsantrasyonuyla lineer olarak artmaktadır. 400 MHz' de Hemoglobin çözeltisinin sıcaklık bağlılığı, 1/T1 ve 1/T2 rölaksasyon oranlarının sıcaklık artışıyla lineer olarak arttığını gösterdi.Rölaksasyon mekanizmasını modüle eden ilgi zamanı (?) bu tezde türetilen teori kullanılarak, yüksek manyetik alan (9.4 Tesla) ve düşük manyetik alan (1.5 Tesla) için hesaplandı. 64 MHz' deki ? değerleri; Hemoglobin için 2.0017ns, Pepsin için 5.3225ns, Proteaz için 2.2865ns ve ?-chymotrypsin için 3.8398ns olmaktadır. Buna ilaveten, Hemoglobinin D2O ve H2O/D2O çözeltileri için 400 MHz' deki ? değerleri sırasıyla 1.22ns ve 1.27ns olmaktadır. Tezde elde edilen veriler; protein ve enzimler küresel simetrik kabul edildiği zaman, T1/T2 rölaksasyon oranlarının ? değerlerinin doğru hesabı için kullanılabileceğini gösterdi.Protein ve enzimler için elde edilen sonuçlar; rölaksasyon oranlarına moleküler takla tarafından modüle edilen dipolar etkileşmenin neden olduğunu önermektedir. Serbest ve bağlı su arasındaki protonların hızlı kimyasal değiş tokuşu da sürece katılmaktadır.Anahtar Kelimeler: 1/T1 spin-örgü rölaksasyon oranı, 1/T2 spin-spin rölaksasyon oranı, 64 MHz MR, 400 MHz NMR, ? ilgi zamanı, dipolar etkileşme, hemoglobin, pepsin, proteaz, ?-chymotrypsin

Abstract:
In the present work, using 64 MHz (1.5 Tesla) MR spectrometer, 1/T1 (Spin-Lattice) and 1/T2 (Spin-Spin) Relaxation rates in H2O of solutions of Hemoglobin and three enzymes (Pepsin, Protease and ?-chymotrypsin) were investigated versus concentration at room temperature. The relaxation rates in the D2O and H2O/D2O (0.1ml H2O+0.9ml D2O) solutions of Hemoglobin were also studied versus concentration and temperature at 400 MHz (9.4 Tesla) NMR spectrometer.The 1/T1 and 1/T2 relaxation rates at 64 MHz increase linearly with concentrations of Hemoglobin and the enzymes. The 1/T1 and 1/T2 determined at 400 MHz also increase linearly with concentration of Hemoglobin. The temperature dependence of the Hemoglobin solution at 400 MHz showed that 1/T1 and 1/T2 relaxation rates increase linearly when the temperature increases.The correlation time (?) modulating relaxation mechanism was calculated for each of high magnetic field (9.4 Tesla) and low magnetic field (1.5 Tesla) by using theory derived in this thesis. The ? values at 64 MHz were 2.0017ns for Hemoglobin, 5.3225ns for Pepsin, 2.2865ns for Protease and 3.8398ns for ?-chymotrypsin. In addition, the ? values for D2O and H2O/D2O solutions of Hemoglobin at 400 MHz were 1.22ns and 1.27ns, respectively. The data showed that T1/T2 relaxation rates can be used for the accurate calculation of ? values when proteins and enzymes were assumed to be spherically symmetrical.The present results obtained for protein and enzymes suggest that the relaxation rates are caused by dipolar interaction modulated by molecular tumbling. The fast chemical exchange of protons between free and bound water is also involved in the process.Keywords: 1/T1 spin-lattice relaxation rate, 1/T2 spin-spin relaxation rate, 64 MHz MR, 400 MHz NMR, ? correlation time, dipolar interaction, hemoglobin, pepsin, protease, ?-chymotrypsin.