$^{13}C$ NMR Analysis for the Characterization of Heme Electronic/Molecular Structure in Horse Myoglobin Cyanide

Myoglobin 시안 단백질에 포함된 Heme에 대한 전자 및 분자구조 규명을 위한 $^{13}C$ NMR분석

The reverse detection heteronuclear multiple quantum coherence, HMQC study of metcyano complex of horse myoglobin(MbCN) has provided the complete assignment of hyperfine shifted resonances of heme carbons attached with proton(s). The application of HMQC experiment to the paramagnetic low-spin MbCN gives clear $^1H$ and $^{13}C$ coherences for the paramagnetic amino acid residues as well as heme side chains, and can be extended to the low-spin paramagnetic hemoprotein derivative for the assignment of natural abundance $^{13}C$ resonances. This assignment strategy can avoid possible ambiguities that may result from the sole utilization of $^1H$ nuclear Overhauser effect for the assignment of heme $^1H$ signals resonating in the diamagnetic region. The resulting 2,4-vinyl ${\alpha}$-carbons and 7-propionate ${\beta}$-carbon follow anomalous anti-Curie behavior, and are indicative of incoplanarity with heme plane. Magnetic/electronic asymmetry of heme induced by proximal histidine(His) makes spread that the hyperfine shifted heme carbon resonances over the range of 250 ppm at $25^{\circ}C$. These heme carbon resonances would be the much more sensitive probe than those of proton resonances in analyzing the nature of heme electronic structure of myoglobin.

미오글로빈 시안착물(MbCN) 단백질에 대한 NMR의 HMQC 연구는 수소와 결합된 상자기성 heme 탄소 시그날의 완전한 지정을 가능토록 해준다. 이러한 상자기성 MbCN에 대한 HMQC 실험의 적용은 heme시그날뿐만 아니라 상자기성 아미노산에 대해 결합된 수소와 탄소간의 coherence를 지정하여주며 자연존재량 $^{13}C$시그날의 지정이 모든 low-spin 상자기성 heme단백질에서도 가능하다. 이러한 시그날 지정 전략은 정자기성 영역에서 공명하는 수소 시그날의 지정을 위해 사용되는 NOE에만 의존하는것 보다 훨씬 명확한 시그날지정이 가능하다. 2,4-비닐기의 ${\alpha}$-탄소들과 7-프로피온기의 ${\beta}$-탄소에서 특이한 anti-Curie형태를 보이는 것은 그들이 heme평면에 존재하고 있지 않다는 증거가 된다. Proximal His에 의해 유도된 heme의 전자 및 자성의 비대칭은 heme탄소 시그날공명이 $25^{\circ}C$에서 250 ppm의 범위에 이르도록 한다. 이러한 heme 탄소 시그날 공명은 미오그로빈 heme의 전자구조를 분석하는데 있어서 수소 시그날의 공명보다 더욱 민감한 증거로 작용할수 있다.