Sohár Pál

Kulcs a molekulaszerkezethez: mágneses magrezonancia- (NMR-) spektroszkópia

V. A spin-rács relaxációs idő

Az NMR-spektrumokból kapható további paraméter a spin-rács relaxációs idő. Mérésén alapul az NMR orvosdiagnosztikai alkalmazása. Lényege két mondatba sűrítve, hogy a malignáns sejtekben a sejtszövet legnagyobb részét kitevő vízmolekulák hidrogénjeire jellemző paraméter megváltozik, nagysága eltér az egészséges sejtekben mérhetőtől. Ha tehát a relaxációs időket egy sejtszövetminta-térfogatban pontról pontra megmérjük és ábrázoljuk, molekuláris felbontású fantomképet nyerünk bármely szövetmintáról, például egy rosszindulatú daganatról, annak nagyságáról, alakjáról és elhelyezkedéséről. Ez az MRI, az NMR-tomográfia. A szervezetben semmiféle károsodást nem okozó, több nagyságrenddel finomabb, pontosabb képet adó MRI sok területen kiváltja, máskor legalább is kiegészíti a roncsoló hatású, sokkal durvább röntgenvizsgálatot. Az MRI elméletét és méréstechnikáját a 1970-es évek derekán dolgozták ki. E kutatások vezéralakjai, Mansfield és Lauterbur 2003-ban orvosi Nobel-díjban részesültek. Feltételezem, hogy ez is olyan téma, amelyről nálam sokkal kompetensebb orvos kollegák már tartottak előadást a Mindentudás Egyetemén. Erről tehát nem beszélek, annál is inkább, mivel az NMR az ilyen vizsgálatokban csak detektorszerepet tölt be.

Röviden megemlítem viszont a szén relaxációs idők felhasználását a biológiai és kémiai kutatásokban. A szén spin-rács relaxációs idő jellegzetesen függ a szénatomok mozgékonyságától. Ha egy hosszú normál láncú zsíralkohol-molekulában mérjük a relaxációs időket, akkor a hidroxilcsoporttól távolodva nagyságuk fokozatosan növekszik (animáció). Ennek az az oka, hogy a hidroxilcsoportok egymással összekapcsolódva, hidrogénhidas szerkezeteket kialakítva mintegy rögzítik - lehorgonyozzák - a lánc alakú molekula OH-csoportot hordozó végét. Az OH-csoporttól távolodva a C-C kötések körül egyre szabadabban és gyorsabban mozog (forog) a molekulalánc további részlete, s ezzel monoton nő a relaxációs idő. Bizonyára mindnyájan hallottak az enzimek működésének arról a jellegzetességéről, hogy aktivitásukat bizonyos hozzájuk kapcsolódó anyagok - szubsztrátok - befolyásolják (a természetes folyamatokban a szervezetekben jelenlévő molekulák, a gyógyászatban különféle gyógyszerek serketik vagy éppen gátolják). Hogy a kapcsolat enzim és szubsztrát között létrejöhessen, térbélileg összeillőnek kell lenniük: a szubsztrátnak, mint kulcsnak a zárba, bele kell illenie az enzim megfelelő részébe. Az ilyenfajta kutatásokban tehát alapvetően fontos tudni, hogy a kölcsönhatásban az enzim- és a szubsztrátmolekulák melyik része kap szerepet, hol kötődnek, melyik részletük van lehorgonyozva. Ha ezt például a szubsztrátról szeretnénk tudni, meg kell mérni ennek szabad molekulájában és az enzimhez kötődött állapotában a szénatomok relaxációs időit. A legnagyobb eltérések a kötődési pont környezetében észlelhetők, s ekként a kötőhely lokalizálható a szubsztrátban.

Animáció: T1 változása a szénláncban

13. ábra

1314-16