核磁共振在生物学上的应用

物理系

物理学专业

近代物理课程论文

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核磁共振在生物学上的应用

摘要

简要叙述了核磁共振技术（< /p>

NMR

）在蛋白质、酶等领域的研究方法及

应用。介绍了核磁共振技术的基本原理，进一步阐述了生物核磁共振技

术的发展现状、 优点及在现代科学中的应用前景。

关键词

：核磁共振；蛋白质；酶

ABSTRCAT

Describes briefly the nuclear magnetic resonance (NMR) technology

in

proteins,

enzymes

in

the

fields

of

the

research

methods

and

the

application.

Introduces

the

basic

principle

of

magnetic

resonance

technology,

expounds

further

biological

nuclear

magnetic

resonance

(NMR)

technology

development

present

situation

and

the

application

prospect in modern science.

Keywords

：

NMR; Protein; Enzyme

第一章

绪论

本世纪四十年代

,

物理学上发现了物 质的核磁共振。它是物质原子核的磁矩在外加磁

场的作用下能级发生分裂

,

在一定条件下吸收外加射频场的能量而产生跃迁的现象。这一

重大发现为深入地探索物质微观世界的某些规律，增添了一项崭新的技术。核磁共振技术

与一般的物理化学方法不同，它能在不破坏样品的条件下，利用构成分子的原子核本身的

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磁矩特征，精确快速地给被测样品 定性、定量、定结构。它能提供其他理化方法所不能得

到的许多重要参数。基于核磁共振 原理而设计的核磁共振波谱仪能够研究物质的化学位

移，以探讨价电子对核的屏蔽作用来 分析各种化学基团的存在。能够研究物质的自旋一自

旋耦合，以探讨各种化学基团的相互 作用关系、作用力和空间构型。能够测试物质反应的

动力学。中和反应以及质子交换反应 等。还可以通过对谱线的面积、宽度等的分析以了解

被测物质在各种因素的影响下，其结 构的相应变化规律性等等。近来，生物学研究中还常

利用弛豫时间作指标，以测定生物活 性物质的能量转移过程和键合位置等。

核磁共振在物理学、化 学等领域的应用中首先显示了它的技术威力。有人认为，核磁

共振在有机化学中的应用和 发展，是近五十年来有机化学进展中一件最重要的事件

,

它对

过去很多的有机化学困难问题有了新的启发

。

< br>

[1]

1.1

核磁共振的发展

1.1.1

核磁共振的简述

核磁共振（

NMR

）是电磁波与物质相互作用的结果

,

带有核磁性的原子核有自旋运动产

生 核磁距，在外加高强磁场的作用下，吸收射频辐射，引起核自旋能级的跃迁产生的波谱

即 核磁共振波谱。自上世纪

40

年代开始，在过去的半个世纪里 ，核磁共振已经获得两次

诺贝尔物理学奖、两次诺贝尔化学奖，以及一次诺贝尔生理学医 学奖。

1938

年，

用分子束实验发现在外磁场下的核磁共振现象，

他获得了

1944

年的诺贝尔物理学奖。

1946

< br>年，美国哈佛大学的

Purcell

和史坦福大学的

Bloch

各自独立观察到固体和液体状态下的核

< br>磁共振信号，他们获得了

1952

年诺贝尔物理学奖。< /p>

1945

~

1951

年间，化学位移和自旋耦合

相继发现，

NMR

成为解决化学问题的有力工具。

1953

年，

Varian

公司研制成世界上第一台

商品化

NMR

谱仪，

1964

年超导磁场脉冲傅立叶变换核磁共振谱仪问世。为了解决生物大分

子谱峰严重堆 积的问题，

1976

年，瑞士人

< /p>

提出两维核磁共振波谱的理论与实

验方法。在此基础上，