Nuclear magnetic resonance spectroscopy of nucleic acids
নিউক্লিক অ্যাসিড এন. এম. আর হল ডি. এন. এ বা আর. এন. এ-র মতো নিউক্লিক অ্যাসিড অণুগুলির কাঠামো এবং গতিশীলতা সম্পর্কে তথ্য পেতে নিউক্লিয়ার চৌম্বকীয় অনুরণন বর্ণালীবীক্ষণ যন্ত্রের ব্যবহার। এটি 100 টি পর্যন্ত নিউক্লিওটাইডের অণুর জন্য দরকারী এবং 2003 সাল পর্যন্ত, সমস্ত পরিচিত আরএনএ কাঠামোর প্রায় অর্ধেক এন. এম. আর স্পেকট্রোস্কোপি দ্বারা নির্ধারিত হয়েছিল। এক্স-রে স্ফটিকবিদ্যার তুলনায় এন. এম. আর-এর সুবিধা রয়েছে, যা উচ্চ-রেজোলিউশন নিউক্লিক অ্যাসিড কাঠামো নির্ধারণের জন্য অন্য পদ্ধতি, যাতে অণুগুলি একটি স্ফটিক জালের পরিবর্তে তাদের প্রাকৃতিক দ্রবণ অবস্থায় পর্যবেক্ষণ করা হচ্ছে যা অণুর কাঠামোগত বৈশিষ্ট্যগুলিকে প্রভাবিত করতে পারে। এন. এম. আর-এর সাহায্যে গতিবিদ্যা অনুসন্ধান করাও সম্ভব। এটি স্ফটিকবিদ্যার তুলনায় সামান্য কম নির্ভুল এবং বিস্তারিত কাঠামোর মূল্যে আসে। নিউক্লিক অ্যাসিড এন. এম. আর প্রোটিন এন. এম. আর-এর মতো কৌশল ব্যবহার করে, তবে এর বেশ কয়েকটি পার্থক্য রয়েছে। নিউক্লিক অ্যাসিডে হাইড্রোজেন পরমাণুর একটি ছোট শতাংশ থাকে, যা সাধারণত এন. এম. আর-এ পর্যবেক্ষণ করা হয়, এবং যেহেতু নিউক্লিক অ্যাসিড ডাবল হেলিসগুলি শক্ত এবং মোটামুটি রৈখিক, তাই তারা "দীর্ঘ-পরিসীমা" সম্পর্ক দেওয়ার জন্য নিজেদের উপর ভাঁজ করে না। নিউক্লিক অ্যাসিডে প্রোটিনের তুলনায় ছোট পরিসরে অনুরণন বিতরণ করার প্রবণতা থাকে, যা বর্ণালীকে সম্ভাব্যভাবে আরও ভিড় এবং ব্যাখ্যা করা কঠিন করে তোলে। পরীক্ষামূলক পদ্ধতি দ্বিমাত্রিক এন. এম. আর পদ্ধতি প্রায় সবসময়ই নিউক্লিক অ্যাসিডের ক্ষেত্রে ব্যবহৃত হয়। এর মধ্যে রয়েছে কোরিলেশন স্পেকট্রোস্কোপি (সি. ও. এস. ওয়াই) এবং টোটাল কোহেরেন্স ট্রান্সফার স্পেকট্রোস্কোপি (টি. ও. সি. এস. ওয়াই) থ্রু-বন্ড নিউক্লিয়ার কাপলিং সনাক্ত করতে এবং নিউক্লিয়ার ওভারহাউজার এফেক্ট স্পেকট্রোস্কোপি (এন. ও. ই. এস. ওয়াই) মহাকাশে একে অপরের কাছাকাছি থাকা নিউক্লিয়াসের মধ্যে কাপলিং সনাক্ত করতে। সাধারণত নিউক্লিক অ্যাসিড দিয়ে করা এন. এম. আর-এর প্রকারগুলি হল 1এইচ এন. এম. আর, 13সি এন. এম. আর, 15এন এন. এম. আর এবং 31পি এন. এম. আর। 19এফ এন. এম. আর কার্যকর হয় যদি 2 '-ফ্লুওরো-2'-ডিঅক্সিয়াডেনোসিনের মতো অপ্রাকৃতিক নিউক্লিওটাইডগুলি নিউক্লিক অ্যাসিড স্ট্র্যান্ডে অন্তর্ভুক্ত করা হয়, কারণ প্রাকৃতিক নিউক্লিক অ্যাসিডে কোনও ফ্লোরিন পরমাণু থাকে না। 1H এবং 31P-এর প্রাকৃতিক প্রাচুর্য প্রায় 100%, যেখানে 13C এবং 15N-এর প্রাকৃতিক প্রাচুর্য কম। এই পরবর্তী দুটি নিউক্লিয়াসের জন্য, অণুগুলির মধ্যে সমস্থানিকভাবে কাঙ্ক্ষিত পরমাণুগুলিকে সমৃদ্ধ করার ক্ষমতা রয়েছে, হয় অভিন্নভাবে বা একটি স্থান-নির্দিষ্ট পদ্ধতিতে। সমস্থানিক সমৃদ্ধ পরিবেশে উৎপাদিত ব্যাকটেরিয়া থেকে উদ্ভূত ডিএনটিপি বা এনটিপি ব্যবহার করে পলিমারেজ চেইন প্রতিক্রিয়া সম্পাদন করে জৈব রাসায়নিক পদ্ধতির মাধ্যমে 13সি এবং/অথবা 15এন-এ সমানভাবে সমৃদ্ধ নিউক্লিওটাইডগুলি পাওয়া যেতে পারে। সাইট-নির্দিষ্ট আইসোটোপ সমৃদ্ধকরণ অবশ্যই লেবেলযুক্ত নিউক্লিওসাইড ফসফোরামিডাইট মনোমার এবং পূর্ণ স্ট্র্যান্ডের রাসায়নিক সংশ্লেষণের মাধ্যমে করা উচিত; তবে এগুলি সংশ্লেষ করা কঠিন এবং ব্যয়বহুল। যেহেতু নিউক্লিক অ্যাসিডে তুলনামূলকভাবে প্রচুর সংখ্যক প্রোটন থাকে যা দ্রাবক-বিনিময়যোগ্য, তাই নিউক্লিক অ্যাসিড এন. এম. আর সাধারণত ডি2ও দ্রাবকে করা হয় না যা অন্যান্য ধরনের এন. এম. আর-এর ক্ষেত্রে সাধারণ। এর কারণ হল দ্রাবকের ডিউটেরিয়াম বিনিময়যোগ্য প্রোটনগুলিকে প্রতিস্থাপন করবে এবং তাদের সংকেতকে নির্বাপিত করবে। দ্রাবক হিসাবে H2O ব্যবহার করা হয় এবং শক্তিশালী দ্রাবক সংকেত দূর করার জন্য অন্যান্য পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়, যেমন স্বাভাবিক পালস সিকোয়েন্সের ("প্রিস্যাচুরেশন") আগে দ্রাবক সংকেতকে স্যাচুরেট করা, যা নিউক্লিক অ্যাসিড প্রোটনের সাথে স্যাচুরেটেড দ্রাবক প্রোটনের বিনিময় রোধ করতে কম তাপমাত্রায় সর্বোত্তম কাজ করে; অথবা শুধুমাত্র আগ্রহের উত্তেজনাপূর্ণ অনুরণন ("সিলেক্টিভ এক্সাইটেশন"), যার শিখর প্রশস্ততা বিকৃত করার অতিরিক্ত, সম্ভাব্য অযাচিত প্রভাব রয়েছে। কাঠামো নির্ধারণ বিনিময়যোগ্য এবং অ-বিনিময়যোগ্য প্রোটনগুলি সাধারণত দুটি স্বাধীন গোষ্ঠী হিসাবে তাদের নির্দিষ্ট শিখরগুলিতে বরাদ্দ করা হয়। বিনিময়যোগ্য প্রোটনগুলির জন্য, যা বেশিরভাগ ক্ষেত্রে বেস পেয়ারিংয়ের সাথে জড়িত প্রোটন, নোয়েসি প্রতিবেশী ঘাঁটির মধ্যে থ্রু-স্পেস সম্পর্ক খুঁজে বের করতে ব্যবহার করা যেতে পারে, যা একটি সম্পূর্ণ দ্বৈত অণুকে ক্রমিক হাঁটার মাধ্যমে বরাদ্দ করার অনুমতি দেয়। অপরিবর্তনীয় প্রোটনগুলির জন্য, যার মধ্যে অনেকগুলি নিউক্লিক অ্যাসিডের চিনির অংশে রয়েছে, সি. ও. এস. ওয়াই এবং টি. ও. সি. এস. ওয়াই সংযুক্ত নিউক্লিয়াসের সিস্টেমগুলি সনাক্ত করতে ব্যবহৃত হয়, যেখানে নোয়েসি আবার চিনির বেস এবং প্রতিটি বেসকে তার প্রতিবেশী বেসের সাথে সম্পর্কযুক্ত করতে ব্যবহৃত হয়। দ্বৈত ডি. এন. এ অপরিবর্তনীয় প্রোটনের জন্য ভিত্তির এইচ6/এইচ8 প্রোটনগুলি পার্শ্ববর্তী ভিত্তির এইচ1 প্রোটনের সাথে এবং চিনির এইচ1 প্রোটনের সাথে সম্পর্কযুক্ত, যা ক্রমানুসারে হাঁটার অনুমতি দেয়। আর. এন. এ-র জন্য, রাসায়নিক কাঠামো এবং হেলিক্স জ্যামিতির পার্থক্য এই কাজটিকে প্রযুক্তিগতভাবে আরও কঠিন করে তোলে, তবে এখনও সম্ভব। অ-দ্বিগুণ হেলিকাল নিউক্লিক অ্যাসিড কাঠামোর জন্য বা জেড-ডিএনএ ফর্মের জন্য ক্রমিক হাঁটার পদ্ধতি সম্ভব নয়, যা অনুরণনের বরাদ্দকে আরও কঠিন করে তোলে। বর্ণালী থেকে নেওয়া পরামিতিগুলি, প্রধানত নোইসি ক্রস-শিখর এবং কাপলিং ধ্রুবক, স্থানীয় কাঠামোগত বৈশিষ্ট্য যেমন গ্লাইকোসিডিক বন্ধন কোণ, ডাইহেড্রাল কোণ (কারপ্লাস সমীকরণ ব্যবহার করে) এবং চিনির পাকার গঠন নির্ধারণ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। ইমিনো প্রোটন অনুরণনের উপস্থিতি বা অনুপস্থিতি, বা হাইড্রোজেন বন্ধন জুড়ে 15N পরমাণুর মধ্যে সংযোগের উপস্থিতি বা অনুপস্থিতি বেসপেয়ারিংয়ের উপস্থিতি বা অনুপস্থিতিকে নির্দেশ করে। বড় আকারের কাঠামোর জন্য, এই স্থানীয় পরামিতিগুলি অবশ্যই অন্যান্য কাঠামোগত অনুমান বা মডেলগুলির সাথে পরিপূরক হতে হবে, কারণ ডাবল হেলিক্সটি অতিক্রম করার সাথে সাথে ত্রুটিগুলি যোগ হয় এবং প্রোটিনের বিপরীতে, ডাবল হেলিক্সের একটি কম্প্যাক্ট অভ্যন্তর থাকে না এবং এটি নিজের উপর ভাঁজ হয় না। যাইহোক, দীর্ঘ-পরিসীমা অভিযোজন তথ্য একটি মাধ্যমের অবশিষ্ট ডাইপোলার কাপলিং পরীক্ষার মাধ্যমে প্রাপ্ত করা যেতে পারে যা নিউক্লিক অ্যাসিড অণুগুলির উপর একটি দুর্বল প্রান্তিককরণ আরোপ করে। সম্প্রতি, নিউক্লিক অ্যাসিডের গঠন নির্ধারণের জন্য সলিড-স্টেট এন. এম. আর পদ্ধতি চালু করা হয়েছে। প্রোটোকল দুটি পদ্ধতির ইঙ্গিত দেয়ঃ আর. এন. এ-র নিউক্লিওটাইড-টাইপ সিলেক্টিভ লেবেলিং এবং হেটেরোন্যুক্লিয়ার কোরিলেশন পরীক্ষার ব্যবহার। বাঁকানো হেলিস, নন-ওয়াটসন-ক্রিক বেসপেয়ারিং এবং সমাক্ষ স্ট্যাকিংয়ের মতো অ-মানক জ্যামিতি অনুসন্ধানের জন্যও এন. এম. আর কার্যকর। এটি প্রাকৃতিক আর. এন. এ অলিগোনিউক্লিওটাইডের কাঠামো অনুসন্ধানে বিশেষভাবে কার্যকর হয়েছে, যা স্টেম-লুপ এবং সিউডোকনটের মতো জটিল গঠন গ্রহণ করে। আর. এন. এ এবং ধাতব আয়নগুলির মধ্যে মিথস্ক্রিয়া বেশ কয়েকটি পদ্ধতি দ্বারা তদন্ত করা যেতে পারে, যার মধ্যে রয়েছে আয়ন বাঁধনের উপর রাসায়নিক পরিবর্তনের পরিবর্তন পর্যবেক্ষণ, প্যারাম্যাগনেটিক আয়ন প্রজাতির জন্য রেখা সম্প্রসারণ পর্যবেক্ষণ এবং ধাতব আয়নগুলির অর্গানোমেটালিক অনুকরণের জন্য আন্তঃআণবিক এন. ও. ই যোগাযোগ পর্যবেক্ষণ করা। প্রোটিন বা ওষুধের মতো অন্যান্য অণুর সাথে নিউক্লিক অ্যাসিড অণুগুলির বন্ধন অনুসন্ধানের জন্যও এন. এম. আর কার্যকর। এটি রাসায়নিক-স্থানান্তর ম্যাপিংয়ের মাধ্যমে করা যেতে পারে, যা দেখায় যে কোন অনুরণনগুলি অন্য অণুর বাঁধনের উপর স্থানান্তরিত হয়, অথবা ক্রস-স্যাচুরেশন পরীক্ষার মাধ্যমে যেখানে বাঁধাই অণুগুলির মধ্যে একটি নির্বাচিতভাবে স্যাচুরেটেড হয় এবং যদি আবদ্ধ হয় তবে স্যাচুরেশনটি অন্য অণুর মধ্যে স্থানান্তরিত হয়। ডুপ্লেক্স-সিঙ্গেল স্ট্র্যান্ড ইকুইলিব্রিয়া এবং ডুপ্লেক্সের সাথে অন্যান্য অণুর বাঁধাইয়ের হারের মতো গতিশীল বৈশিষ্ট্যগুলি স্পিন-ল্যাটিস শিথিলকরণ সময় টি 1-এর উপর এর প্রভাব দ্বারাও নির্ধারণ করা যেতে পারে, তবে এই পদ্ধতিগুলি 104-108 এস-1-এর মধ্যবর্তী হারের প্রতি সংবেদনশীল নয়, যা অবশ্যই কঠিন-অবস্থা এন. এম. আর-এর মতো অন্যান্য পদ্ধতির সাথে তদন্ত করা উচিত। নিউক্লিক অ্যাসিড ডাবল হেলিক্সের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের গতিশীলতা যেমন বাঁকানো এবং বাঁকানো এন. এম. আর ব্যবহার করে অধ্যয়ন করা যেতে পারে। পালসড ফিল্ড গ্রেডিয়েন্ট এন. এম. আর পরীক্ষাগুলি বিচ্ছুরণ ধ্রুবক পরিমাপ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। 1971 সালের গোড়ার দিকে নিউক্লিক অ্যাসিড এন. এম. আর নিয়ে গবেষণা করা হয়েছিল এবং বেস পেয়ারিং মিথস্ক্রিয়া অনুসন্ধানের জন্য নিম্ন-ক্ষেত্রের ইমিনো প্রোটন অনুরণন ব্যবহার করার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করা হয়েছিল। এই প্রাথমিক গবেষণাগুলি টিআরএনএ-র উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছিল কারণ এই নিউক্লিক অ্যাসিডগুলি সেই সময়ে উপলব্ধ একমাত্র নমুনা ছিল যার আণবিক ওজন যথেষ্ট কম ছিল যা এন. এম. আর বর্ণালী রেখা-প্রস্থ ব্যবহারিক ছিল। গবেষণাটি নিম্ন-ক্ষেত্রের প্রোটনগুলির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছিল কারণ সেগুলিই ছিল একমাত্র প্রোটন যা সেই সময়ে উপলব্ধ সেরা স্পেকট্রোমিটার ব্যবহার করে জলীয় দ্রবণে নির্ভরযোগ্যভাবে পর্যবেক্ষণ করা যেতে পারে। এটি দ্রুত উপলব্ধি করা হয়েছিল যে নিম্ন-ক্ষেত্রের ইমিনো প্রোটনগুলির বর্ণালী দ্রবণে টিআরএনএ-এর তৃতীয় কাঠামোর সূত্র সরবরাহ করছে। ডাবল-হেলিকাল ডিএনএর প্রথম এন. এম. আর বর্ণালী 1977 সালে একটি সিন্থেটিক, 30-বেস-পেয়ার ডাবল হেলিক্স ব্যবহার করে প্রকাশিত হয়েছিল। স্থানীয় ডি. এন. এ-তে তীব্র রেখা-বিস্তারকে কাটিয়ে উঠতে, নিখুঁত-অবনমিত প্রাকৃতিক ডি. এন. এ প্রস্তুত করা হয়েছিল এবং ডাবল-হেলিকাল ডি. এন. এ-র অধ্যবসায়ের দৈর্ঘ্য সম্পর্কে জানতে অধ্যয়ন করা হয়েছিল। একই সময়ে, ডাবল হেলিক্সের নমনীয়তা সম্পর্কে আরও অন্তর্দৃষ্টি অর্জনের জন্য নিউক্লিওসোম মূল কণাগুলি অধ্যয়ন করা হয়েছিল। প্রথম এন. এম. আর বর্ণালী একটি অভিন্ন কম আণবিক ওজনের নেটিভ-সিকোয়েন্স ডি. এন. এ-র জন্য রিপোর্ট করা হয়েছিল, যা সীমাবদ্ধতা এনজাইম দিয়ে তৈরি করা হয়েছিল, 1981 সালে রিপোর্ট করা হয়েছিল। এই কাজটি ছিল উচ্চ ক্ষেত্রে প্রাপ্ত নিউক্লিক অ্যাসিড এন. এম. আর বর্ণালীর প্রথম রিপোর্ট। 1982 সালে দ্বিমাত্রিক এন. এম. আর গবেষণার রিপোর্ট করা শুরু হয় এবং তারপর, অলিগোনিউক্লিওটাইড সংশ্লেষণ এবং আরও পরিশীলিত যন্ত্রের আবির্ভাবের সাথে, 1983 সালে শুরু হওয়া অনেক বিস্তারিত কাঠামোগত গবেষণার রিপোর্ট করা হয়। তথ্যসূত্র নিউক্লিয়ার ম্যাগনেটিক রিসোনেন্স স্পেকট্রোস্কোপি নিউক্লিক অ্যাসিড বায়োফিজিক্স