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第一章 引言1

第二章NMR基本理论5

2.1 NMR基础5

一、NMR现象5

二、矢量模型7

三、积算符9

四、弛豫11

五、自旋回波12

六、NOE14

七、偶极耦合16

八、化学位移17

九、自旋耦合18

一、核自旋相互作用20

2.2 固体高分辨技术20

二、魔角旋转（MAS）25

三、强功率质子去耦28

四、交叉极化（CP）29

2.3 动力学31

一、NMR的时间尺度31

二、慢交换和快交换32

三、速率常数测量33

四、饱和转移35

五、2D交换谱35

2.4 NMR弛豫的Model-Free方法36

一、偶极弛豫36

二、Model-Free方法37

一、磁矩的进动及旋转坐标系39

3.1 PFT-NMR的量子力学处理39

第三章一维多脉冲实验39

二、单脉冲响应的密度算符处理40

三、自旋裂分的量子力学算符处理41

3.2 J调制自旋回波42

3.3 INEPT实验45

一、简单的INEPT实验45

二、重聚INEPT实验47

三、INEPT+49

3.4 DEPT实验49

第四章二维NMR基本原理52

4.1 引言52

4.2 2D NMR的FT及线型55

一、2D NMR的FT55

二、获得纯吸收信号的途径56

4.3 二维J谱59

一、异核2D-J谱59

二、同核二维J谱65

4.4 异核化学位移相关谱66

一、单量子异核位移相关谱66

二、宽带同核去耦的异核位移相关谱69

三、异核多量子相干实验（HMQC）71

四、异核编辑二维谱72

4.5 同核化学位移相关谱77

一、相敏COSY77

二、幅度COSY82

三、DQF-COSY85

四、同核Relay相关谱87

五、TOCSY89

六、NOESY93

七、ROESY97

八、同核相关谱谱形总结及实验设置99

4.6 相干转移路径的选择及应用101

一、相干转移路径的选择101

二、2D NMR实验中的相位循环104

4.7 二维谱中的假峰（Artifacts）107

一、t1噪声的来源107

二、2D-J谱中的幻影或鬼峰（Phantom or Ghost）108

三、DQF-COSY的假峰110

四、幅度COSY中的假峰113

五、ROESY中的假峰115

第五章蛋白质结构测定118

5.1 残基自旋系统的识别120

5.2 通过1H-1H欧沃豪斯效应的顺序识别126

5.3 确定二级结构单元129

5.4 化学位移与二级结构单元的关系133

一、二级结构位移134

二、化学位移标志（CSI）和二级结构单元的快速识别方法136

5.5 分子动力学模拟(三级结构的测定)138

一、距离几何计算（DG）140

二、结构优化142

5.6 牛胰蛋白酶抑制剂（BPTI）的低分辨率结构146

第六章蛋白质的稳定同位素标记151

6.1 蛋白质标记的应用153

6.2 标记方式153

6.3 标记方法155

一、15N和/或13C同位素标记155

二、同位素？H或1H标记（氘代或质子化）156

第七章三维四维NMR波谱及其应用160

7.1 多维NMR的基本原理161

一、多维NMR的扩展及关系161

二、3D和4D实验的实验方面的考虑162

7.2 同核3D谱165

一、3D NOESY-TOCSY实验166

二、3D TOCSY-NOESY179

三、3D NOESY-NOESY实验181

7.3 异核3D谱184

一、异核3D NMR波谱的自旋系统识别184

二、利用NOE的顺序识别193

三、通过分解较好的单键和双键J耦合的序列识别195

四、别的一些有用的异核3D实验198

7.4 异核4D谱201

一、4D 13C/15N 编辑的NOESY实验202

二、4D 13C/13C编辑的NOESY实验204

7.5 白细胞介素1β（？-1β）的高分辨率结构208

第八章蛋白质的折叠210

8.1 热去折叠210

8.2 氢交换211

8.3 去折叠态的结构和动力学特征213

8.4 折叠中间物的氢交换标记——pH竞争法215

8.5 折叠中间物的氢交换标记——pH脉冲法216

8.6 蛋白质折叠的NMR研究实例218

8.7 展望220

第九章酶反应机理研究221

9.1 适于NMR研究的酶的类型221

9.2 酶复合物的共振峰线宽222

一、低温酶学223

9.3 酶-抑制剂复合物223

9.4 酶-底物/中间体复合物的直接观测223

二、时间分辨固体NMR224

9.5 转移NOE225

9.6 酶反应的立体化学227

一、用18O作同位素标记228

二、用17O作同位素标记229

三、用2H作同位素标记229

9.7 活体中的酶232

一、代谢途径的研究——生物合成MRN232

二、代谢流量测定和活体酶动力学234

9.8酶的NMR研究实例237

一、α-蛋白水解酶237

二、糜蛋白酶和胰蛋白酶239

三、木瓜蛋白酶244

四、丙酮酸激酶245

五、碱性磷酸酯酶246

六、核糖核酸酶248

七、磷酸丙糖异构酶249

第十章核酸和糖的结构测定252

10.1 寡聚核苷酸的结构253

一、质子自旋系统的识别253

二、通过1H-31P耦合关系进行核糖质子和磷原子的顺序识别255

三、碱基质子的顺序识别255

四、耦合常数260

五、亚胺质子交换速率262

六、核酸的同位素标记262

七、DNA的固态NMR263

八、2D NMR测定核酸的三级结构265

10.2 DNA结构实例266

10.3 药物-DNA相互作用267

10.4 蛋白质-DNA相互作用268

10.5 RNA结构实例270

10.6 糖的结构研究272

一、谱峰识别272

二、识别实例274

三、约束条件的建立277

四、与分子运动相关的NMR参数278

五、从NMR数据到分子模型279

第十一章各种选择性实验280

11.1 选择性脉冲傅里叶变换实验280

一、预饱和水峰抑制281

二、WEFT和SUPERWEFT282

三、2-1-4 脉冲284

四、二项式系数脉冲序列285

五、WATERGATE285

六、选择性激发286

11.2 使用软脉冲的一维实验292

一、1D COSY292

二、1D Relay293

三、1D TOCSY293

四、1D NOESY294

五、1D ROESY294

11.3 脉冲场梯度增强的1D选择性实验295

一、PFG 1D选择性COSY和选择性Relay295

二、PFG 1D选择性ROESY和选择性NOESY297

三、PFG 1D选择性的TOCSY实验300

四、PFG 1D选择性HMQC和HMQC-TOCSY301

11.4 半选择性的3D谱303

一、PFG脉冲梯度场选择的准3D实验303

二、半选择性3D NOESY-TOCSY实验305

三、半选择性的3D TOCSY-NOESY实验307

第十二章膜和膜蛋白的NMR研究308

12.1 磷脂和糖脂的多核NMR309

一、磷脂样品制备309

二、磷脂动力学研究310

三、糖脂的多核NMR312

12.2 微胞中的蛋白质的NMR结构研究312

一、样品制备312

一、多维溶液NMR研究314

12.3 微胞和双层膜样品的溶液和固态NMR研究314

二、结构研究314

二、固态NMR研究315

三、外壳蛋白的膜结合形式模型316

12.4 膜蛋白的结构316

一、蛋白质-膜相互作用对脂双层的影响317

二、短杆菌肽A318

三、在脂双层中的螺旋多肽320

四、Magainin抗菌肽（antibioti cpeptides）320

五、血型糖蛋白（glycophorin）A的跨膜区321

六、细菌视紫红质（bacteriorhodopsin）321

12.5 固态生物大分子的核间距离测量321

一、偶极-偶极相互作用322

二、同核偶极-偶极耦合的恢复323

三、异核偶极-偶极耦合的恢复328

四、应用331

第十三章核磁共振成像337

13.1 引言337

13.2 核磁共振成像原理338

一、连续点扫描技术（sequential point techniques）338

二、连续线扫描技术（sequential line techniques）339

三、连续面扫描技术（sequential plane techniques）340

13.3 核磁共振成像在医学上的应用345

一、弛豫时间增强图像（T1 weighted image or T2 weighted image）346

二、弛豫时间图像（T1 image or T2 image）346

三、血液流动测量（flow measurement）346

一、Instascan method347

13.4 核磁共振成像的新进展——快速成像和功能成像347

六、微成像（NMR microscopic imaging）347

五、多核成像（multinuclear imaging）347

四、化学位移成像（chemical shift imaging）347

二、FLASH(fast low angle shot MR)348

三、脑功能成像（functional MRI）348

附录351

一、NMR研究常用核的物理常数351

二、生物研究中常用核的化学位移范围352

三、标量耦合常数的典型范围353

四、20种常见氨基酸残基在无规卷曲肽段中的1H的化学位移354

五、20种常见氨基酸残基在无规卷曲肽段中的13C的化学位移355

六、20种常见氨基酸残基在无规卷曲肽段中的15N及氨基1H的化学位移356

七、核磁共振实验中一些常用的溶剂357

八、密度算符358

参考文献363