Determination of the pH dependency of chemical shifts
(2024) KEMK10 20241Department of Chemistry
- Abstract
- This study aims to present a protocol for pH determination in biomolecular NMR samples by evaluating the pH dependence of chemical shifts in the most commonly reported buffer molecules in the BioMagResBank (BMRB). Whilst there exists multiple methods and protocols for intrinsic NMR pH determination and various molecules have been proposed as pH indicators, there is no method to determine the actual pH of an older NMR sample/spectrum. Hence, this study studies commonly used bio-buffer molecules and evaluates MES, HEPES, bis-TRIS-propane and bis-TRIS as pH indicators by performing NMR titration experiments to create a protocol that is applicable to older data were these molecules are included. All molecules proved to have some pH dependent... (More)
- This study aims to present a protocol for pH determination in biomolecular NMR samples by evaluating the pH dependence of chemical shifts in the most commonly reported buffer molecules in the BioMagResBank (BMRB). Whilst there exists multiple methods and protocols for intrinsic NMR pH determination and various molecules have been proposed as pH indicators, there is no method to determine the actual pH of an older NMR sample/spectrum. Hence, this study studies commonly used bio-buffer molecules and evaluates MES, HEPES, bis-TRIS-propane and bis-TRIS as pH indicators by performing NMR titration experiments to create a protocol that is applicable to older data were these molecules are included. All molecules proved to have some pH dependent 1H chemical shift perturbations in the total pH range of 4.7 to 10.0. The data was fitted to a modified version of the Henderson Hasselbach equation. To receive a result that can be intrinsically referenced, two peaks were paired up as the δobs variable and the parameters were calculated for each pair of signals. The fitting resulted in the calculation of parameters δHA and δA for part of the 1H chemical shifts of the MES molecule, all 1H chemical shifts of the HEPES molecule and part of the 1H chemical shifts of the bis-TRIS-propane molecule. However, it was found that the bis-TRIS molecule was not suitable as a pH indicator, at least not in this internal chemical shift difference approach. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- NMR (nuclear magnetic resonance) spektroskopi, är en omfattande teknik som har många applikationer inom kemin. Det kan användas inom organisk kemi som stöd och underlag till strukturbestämning av molekyler, men framför allt finns det många tillämpningar inom biokemi och molekylärbiologi där tekniken utnyttjas; NMR är mycket användbart för att studera biomolekylers strukturer och biologiska processer.
Det fysiologiska pH-värdet i kroppen är 7,4 och många biokemiska processer är väldigt känsliga för små pH förändringar. När biokemiska processer studeras är det därför viktigt att veta exakt vad provet som studeras har för pH, vilket inte alltid är konstant. Sammansättningen av ett prov kan variera vid interaktioner mellan analyter och ofta... (More) - NMR (nuclear magnetic resonance) spektroskopi, är en omfattande teknik som har många applikationer inom kemin. Det kan användas inom organisk kemi som stöd och underlag till strukturbestämning av molekyler, men framför allt finns det många tillämpningar inom biokemi och molekylärbiologi där tekniken utnyttjas; NMR är mycket användbart för att studera biomolekylers strukturer och biologiska processer.
Det fysiologiska pH-värdet i kroppen är 7,4 och många biokemiska processer är väldigt känsliga för små pH förändringar. När biokemiska processer studeras är det därför viktigt att veta exakt vad provet som studeras har för pH, vilket inte alltid är konstant. Sammansättningen av ett prov kan variera vid interaktioner mellan analyter och ofta undersöks någon process, så som aggregering av proteiner, detta påverkar provets pH. Att därför enbart veta provets pH innan mätning är inte tillräckligt – särskilt inte eftersom ett NMR experiment ibland kan sträcka sig över dagar och ibland upp till flera veckor.
I denna undersökning utvecklas därför ett protokoll som möjliggör bestämning av pH med hjälp av enklare NMR experiment. Genom att genomföra en så kallad NMR titrering, där korta NMR experiment utfördes på samma prov vid flera olika pH-värden, kan en korrelation mellan pH och kemiskt skift bestämmas. Denna korrelation beskrivs med hjälp av den så kallade Henderson Hasselbach ekvationen.
Detta har genomförts tidigare och ett antal molekyler har presenterats som lämpliga pH indikatorer, men i denna undersökning analyseras vanligt förekommande buffer molekyler som framtida pH indikatorer. En stor fördel med att utvärdera dessa vanligt använda molekyler är att de redan finns i många prover – både i nya och gamla mätningar – vilket innebär att resultatet är applicerbart även på äldre resultat från tidigare mätningar.
Fyra molekyler undersöktes; MES, HEPES, bis-TRIS-propan och bis-TRIS. De tre förstnämnda visades vara lämpliga pH indikatorer, då pH hade en tydlig påverkan på deras respektive kemiska skift. Den erhållna datan från samtliga molekyler passades till Henderson Hasselbach ekvationen och korrelationen mellan pH och kemiskt skift bestämdes. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9169991
- author
- Odefalk, Ida LU
- supervisor
-
- Mikael Akke LU
- Angus J.Robertson LU
- organization
- alternative title
- Evaluation of common bio-buffer molecules as internal pH indicators in NMR
- course
- KEMK10 20241
- year
- 2024
- type
- M2 - Bachelor Degree
- subject
- keywords
- biomolecular NMR, buffer molecules, NMR spectroscopy, pH measurement
- language
- English
- id
- 9169991
- date added to LUP
- 2024-07-03 10:45:43
- date last changed
- 2024-07-03 10:45:43
@misc{9169991,
abstract = {{This study aims to present a protocol for pH determination in biomolecular NMR samples by evaluating the pH dependence of chemical shifts in the most commonly reported buffer molecules in the BioMagResBank (BMRB). Whilst there exists multiple methods and protocols for intrinsic NMR pH determination and various molecules have been proposed as pH indicators, there is no method to determine the actual pH of an older NMR sample/spectrum. Hence, this study studies commonly used bio-buffer molecules and evaluates MES, HEPES, bis-TRIS-propane and bis-TRIS as pH indicators by performing NMR titration experiments to create a protocol that is applicable to older data were these molecules are included. All molecules proved to have some pH dependent 1H chemical shift perturbations in the total pH range of 4.7 to 10.0. The data was fitted to a modified version of the Henderson Hasselbach equation. To receive a result that can be intrinsically referenced, two peaks were paired up as the δobs variable and the parameters were calculated for each pair of signals. The fitting resulted in the calculation of parameters δHA and δA for part of the 1H chemical shifts of the MES molecule, all 1H chemical shifts of the HEPES molecule and part of the 1H chemical shifts of the bis-TRIS-propane molecule. However, it was found that the bis-TRIS molecule was not suitable as a pH indicator, at least not in this internal chemical shift difference approach.}},
author = {{Odefalk, Ida}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Determination of the pH dependency of chemical shifts}},
year = {{2024}},
}