基于TOCSY增强的核自旋超极化高效键合传播：液相光化学诱导动态核极化

核磁共振（NMR）波谱学能够在非扰动条件下，以原子分辨率揭示生物分子的结构、动力学及相互作用。然而，该技术的广泛应用仍受到其固有低灵敏度的限制。对于受浓度限制的样品而言，这一缺陷尤为严重。低浓度光化学诱导动态核极化（LC-photo-CIDNP）是一种光学增强的NMR超极化策略，能够在具有生理相关性的环境中原位提升NMR灵敏度数个数量级。然而，LC-photo-CIDNP现象的内在特性使其可实现的增强仅限于部分类型的原子核，从而限制了可获得的残基特异性信息范围。在本研究中，我们将LC-photo-CIDNP与总相关谱（TOCSY）相结合，通过标量耦合自旋网络将初始超极化传递至其他原子核，从而克服这一局限。首先，我们通过一维¹H和¹³C检测实验，证明了LC-photo-CIDNP增强信号可通过键合有效传递至完整分子内原子框架中的各个原子。其次，我们将该方法拓展至模型蛋白，并通过一维和二维¹H检测的¹³C-TOCSY LC-photo-CIDNP实验，证明了高效的极化传递。借助¹³C-¹H相关谱，内在上不具有光化学诱导动态核极化活性的原子核也能够在数分钟内、低至10 M的浓度下被观测到。总体而言，本研究建立了一种实现LC-photo-CIDNP超极化沿键合路径传递的通用策略。该技术使得在此前难以达到的低浓度下，获取氨基酸和蛋白质的残基特异性结构信息成为可能。

核磁共振（NMR）波谱学能够在非扰动条件下，以原子分辨率揭示生物分子的结构、动力学和相互作用。然而，该技术的广泛应用仍受到其固有低灵敏度的限制。对于受浓度限制的样品而言，这一缺点尤为严重。低浓度光化学诱导动态核极化（LC-photo-CIDNP）是一种光学增强型NMR超极化策略，能够在具有生理相关性的环境中原位提升NMR灵敏度数个数量级。然而，LC-photo-CIDNP现象的内在性质使其所能实现的增强仅限于部分核种，从而限制了可获得的残基特异性信息范围。在本研究中，我们将LC-photo-CIDNP与总相关谱（TOCSY）相结合，通过标量耦合自旋网络将初始超极化传递至其他核种，从而克服这一不足。首先，我们通过一维¹H和¹³C检测实验，证明了LC-photo-CIDNP增强信号能够经由键实现跨整个分子内原子骨架的高效传递。其次，我们将该方法拓展至一种模型蛋白，并通过一维和二维¹H检测的¹³C-TOCSY LC-photo-CIDNP实验，证明了极化的高效传递。借助¹³C-¹H相关谱，即使是内在上不具有光化学诱导动态核极性活性的核种，也能够在数分钟内、低至10 M的浓度下实现可视化。总之，本研究建立了一种实现LC-photo-CIDNP超极化经由化学键传播的通用策略。该技术使得在此前难以达到的低浓度条件下，获取氨基酸和蛋白质的残基特异性结构信息成为可能。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.11.751018v1?rss=1

🏷️ 核磁共振波谱学 光化学诱导动态核极化 总相关谱 核自旋超极化 蛋白质结构分析