Spectroscopie van biomoleculen

Vakinformatie

Dit vak wordt gegeven door Johan Hofkens en Tatjana Vogt. Het deel van Vogt is mondeling, Hofkens is schriftelijk. Je moet op beide delen minstens 4/10 halen om te slagen. Bij het herexamen kan je een vrijstelling aanvragen voor het deel dat je geslaagd bent.

Examenvragen

18 juni 2018

Vogt

1. Oefening met NMR (C9H10O3 - benzeenring met aldehyde en 2 keer O-CH3 gesubsidieerd) + verklaar plaats van substitutie
2. 31P NMR vergelijken met 1H NMR en 13C NMR.
   • Waarom gebruik je P-NMR hier.
   • Hoe is de sensitiviteit van de 3 NMR's en welke is hier het beste + wat zijn de algemene factoren die sensitiviteit bepalen
   • Welke NMR gebruik je om deze reactie te bestuderen en waarom?
   • Hoe zou je de aanwezige concentratie water berekenen in deze vergelijking
   • Hoe zou je de omzettingsratio van de producten naar reagentia berekenen
3. Leg uit waarom SAR by NMR een veelgebruikte techniek is voor de ontwikkelen van medicatie en leg werking uit
   • Leg uit wat de vereiste zijn van SAR
   • Leg uit wat voor-en nadelen zijn van SAR

Hofkens

1. Teken een Frank-Condon energiediagram van een hypothetisch molecule in grondtoestand en geëxciteerde toestand. Benoem S0 en S1 op de figuur.
   • Teken een vibratiobele overgang
   • Teken een vibrationele excitatie in de elektrisch aangeslagen toestand
   • Wat is de tijdschaal van fluorescerende en teken dit

1. Oefening over Stern-Volmer en quenchen instantende met volgende gegevens: unquenched lifetime is 26.3 ns. Concentratie Cl- (in mM) bedraagt 0-5-15-50 met bijhorende Intensiteiten 1-0.6-0.35 .15.

Ook nog een grafiek gegeven van het molecule SPQ dat gequenched wordt met Cl- (grafiek toont intensiteit over golflengte bij verschillende (bovenstaande) concentraties

1. • Bereken de quenchingconstante en teken de Stern-Volmer plot
   • In bloed bedraagt de concentratie van het aanwezige Cl- 103mM. Wat is de fluorescente leeftijd en fluorescerente intensiteit van het SPQ in het bloed.
   • Wat gebeurt er met de leeftijd als de concentratie Cl- daalt?
2. Woordjes - max 1/2 blad uitleg per woord + verduidelijk eventueel met een figuur
   • TRES
   • Foto-elektrisch effect
   • Cotton- effect
   • Extinctie coëfficiënt

6 september 2017

Vogt

1. oefening met NMR (C9H10O3)
2. spin spin coupeling, uitleggen aan de hand van voorbeeldmolecule en beschrijven hoe het signaal van ieder proton gesplits zal worden.
3. SAR methode bij het ontwikkelen van medicijnen. interactie ligand-proteine enzo uitleggen.

Hofkens

1. (4pt) Spectra gegeven van Chryseen. Duid aan welk spectrum absorptie, fluorescentie en fosforescentie toont. De vervaltijd in regio 360-400nm is 10x kleiner dan die in de regio 500-600nm, leg uit waarom.Beschrijf alle waarnemingen van de spectra aan de hand van de geziene leerstof.
2. (2pt) L-opstelling voor meting anisotropie, in propyleenglycol bij 233K ofzoiets. Gegeven Ivh, Ivv, Ihh en Ihv. Bereken de werkelijke anisotropie bij verticale excitatie. Hoe groot is de fout die je maakt als je niet corrigeert? Wat is de hoek tussen de excitatie en het emissie dipoolmoment? Stel dat we bij 293K werken en in ethanol, kunnen we de hoek dan nog steeds bepalen? wat gebeurt er met de anisotropie?
3. (4pt) Woordjes
   • Foto-elektrisch effect
   • FRET
   • Single Photon Timing
   • Cottoneffect

28 juni 2017

Vogt

1. oefening spectrum NMR
2. COSY spectrum gegeven van molecule. Wijs elke functionele groep toe in het spectrum en leg uit waarom. Vertel de werking van COSY.
3. Bespreek de drie fasen voor de structuurbepaling van proteïnen via NMR

Hofkens

1. Gegeven is een simpele tekening van een hairpinstuctuur met donor en acceptor, deze is in evenwicht met zijn twee conformaties. De leeftijd van de donor in vrije oplossing is 10ns en acceptor is 2ns. Als de donor aan de hairpin hangt zien we een bi-exponentieel verval van 5ns en 1ns mer respectievelijk 95% en 5%. verklaar waarnemingen, bespreek de leeftijd van de acceptor in beide conformaties.
2. Gegeven is die tekening vanuit de cursus over FMN en YMN en tabel met hoek teta. In tabel ook nog anisotropiewaarde van complex en zonder complex, alfa en de concentraie van FMN is niet gegeven. Bereken dissociatieconstante en verklaar de grafiek van die anisotropie.
3. Woordjes:
   • Transitiedipoolmoment
   • Balmerreeks
   • Excitatiespectrum
   • Perrin vergelijking

27 juni 2017

Vogt

1. H en C spectrum
2. NOE
3. fase 1 uitleggen van die fase 3 shit + probleem grote moleculen

Hofkens

1. grafiek zoals in cursus van Eosin en Erytrosin (maar andere kleurstoffen). Alles bespreken wat je ziet. Tau en Q gegeven, bereken radioactieve en niet radiatieve snelheidsconstante. Als R= een of andere groep, waarom is dan de Tau en Q groter? En zou dit koppel een goed FRET paar zijn?
2. anisotropie is 0,3 maar door scattering laat de filter 20% door, wat is de gemeten anisotropie
3. woordjes:
   • foto-elektrisch effect
   • extinctie coefficient
   • TRES
   • cotton effect

19 juni 2017

Vogt:

1. zeeman effect
2. H/C spectrum
3. in vivo nmr

Hofkens

1. da van die even en oneven aantal dubbele bindingen en het effect daarvan op de golflengte, met cyanine en azocyanine.
2. oef 5 van oefenzitting 4 denk ik (zoals vorig examen)
3. woordjes:
   • Ro
   • Dynamic quenching
   • fluorescence quantum yield
   • resonance
   • Raman scattering

13 juni 2017

Vogt

1. H- en IR spectrum gegeven van C11H14O2
2. vraag2
   • 2 soorten relaxatie, leg uit
   • hoe beinvloeden deze het C-NMR
   • weet ik ook niet meer
3. 1D en 2D NMR spectra:
   • verschillen, voor - en nadelen geven.
   • Kan je er ligand proteine bindingen mee onderzoeken?
   • hoe ziet men dit?
   • kan men zien aan met welk aminozuur de binding gebeurt? (Alles zowel voor slow- als fast exchange)

Hofkens

1. membraanfusie experiment: gegeven structuur lipide met pyreen aan, fuseert met zelfde lipide zonder pyreen, absorptie spectra pyreen gegeven (voor de fusie). Hoe verandert het absorptie- en emissiespectra doorheen het experiment? Leg uit adhv zelf gemaakte tekeningen (grafieken).
2. Oefening: zoals oefening 5 van oefenzitting 4
3. 4 termen:
   • anti stokes
   • ramanscattering
   • emissiespectra
   • statische quencher
   • laatste weet ik niet meer

7 juni 2016

Vogt

1. H- en C-spectrum, structuur afleiden.
2. Je krijgt spintoestanden
   • Geef het aantal mogelijke spin oriëntaties en geef het weer op een grafische manier.
   • Hoe wordt dit effect genoemd? Is de electronen verdeling gelijk tussen 2 toestanden?
   • Welke factoren beïnvloeden deze indeling?
   • Wat kun je hieraan doen om NMR spectroscopie efficiënter te maken?
3. Leg in vivo H- en C-NMR spectroscopie uit, integreer een voorbeeld in je uitleg.
   • Waarom wordt dit niet veel gebruikt?
   • P-NMR is wel nuttig in vivo, waarom?
   • Geef een voorbeeld waarin deze techniek gebruikt kan worden.

Hofkens

1. Tekening met DNA-hairpin in open- en gesloten vorm. Aan uiteinde hangt een donor en acceptor. Donor vrij heeft leeftijd van 10 ns, acceptor vrij een leeftijd van 2 ns. Wanneer de leeftijd van de donor wordt gemeten (in de gesloten vorm) bekomen ze een bi-exponentiele verdeling voor de leeftijd: 5 ns 95% en 1 ns 5%.
   • Verklaar de resultaten.
   • Geef de leeftijd van de gesloten- en de open DNA-hairpin vorm.
   • Wat zal de leeftijd van de acceptor zijn in de open vorm, en wat in de gesloten DNA-hairpin vorm?
2. Tekening van anisotropie gegeven (uit cursus met 2x10-2M en 2x10^-5M). Verklaar de tekening aan de hand van de gezienen leerstof.
3. Bespreek kort maar juist (1/2bladzijde max)
   • foto-effect
   • Balmer-reeks
   • ...
   • transitiedipoolmoment.

23 juni 2015

Vogt

1. H- en C-spectrum
2. Slow en fast exchange uitleggen (waarom een spectrum bij hoge T slechts 1 signaal meer geeft i.p.v. 2) en de exchange constant berekenen.
3. Hoe kan IR-Spectroscopy gebruikt worden om:
   • kwantitatief de concentratie van een staal te bepalen.
   • kwalitatief proteine structuur te bepalen.

Hofkens

1. Gegeven een absorptiespectrum van verschillende kleurstoffen (steeds met een groter geconjungeerd systeem) verklaar alle waarnemingen, teken het fluorescentie spectrum van 2 van de stoffen, de quantumyield van kleurstof 1 is 0.9 hoe zal deze evolueren naarmate het molecule groter wordt?
2. Atoommodel van Bohr uitleggen en op het belang voor de spectroscopie wijzen.
3. Begrippen:
   • Cotton-effect
   • Inner filter effect
   • R0
   • Excimeer

15 juni 2015

Vogt

1. H-spectrum+ IR-spectrum
2. uitleg verdeling tussen de 2 spintoestanden. hoe onstaat deze verdeling en hoe kan je ze beïnvloeden.
3. Leg uit de voor- en nadelen van 1D en 2D spectra en kan men aan de hand hiervan de ligand-proteïne interactie volgen. b. Kan je de snelheidsconstante K berekenen aan de hand van deze spectra? (zowel slow als fast exchange) c. kan je zien waar het ligand bind aan het proteïne? (zowel slow als fastexchange)

Hofkens

1. twee prentjes van twee membranen. Eerst een eximeer daarna niet meer. Het gaat over membraanfusie. Geef de absorptie-en emissiespectra van beide toestanden. Wat leert men hieruit over membraanfusie?(af te leiden uit prentjes)
2. hoe kan men de transitieconstante berekenen?
3. woordjes:
   • limiterende anisotropie
   • cotton effect
   • inner filter effect
   • statische quenching

17 juni 2013

Vogt

1. simpele oefening over een C9H10O3 spectrum, bij mondeling vroeg ze waarom dat een doublet of triplet of multiplet was.
2. verschillende COSY spectra matchen met verschillende aminozuren
3. welke NMR-technieken kunnen worden gebruikt om ligand-proteïne interacties te onderzoeken. Bijvraag ging over SAR, welke stappen enzo.. ook uitleggen dat die interactie snel of traag kan gebeuren.

Hofkens

1. oefening; gegeven tau-waarden en p waarden. Hieruit P0, de rotationele correlatietijd en nog iets berekenen.
2. het atoommodel van bohr uit de doeken doen, postulaten, formules,.. en de link leggen met de spectroscopy van vandaag.
3. begrippen uitleggen:
   • R0
   • cotton effect
   • inner filter effect
   • excimeer

10 juni 2013

Tatjana

1. Oefening waarbij H en C spectrum gegeven werden
2. IR spectroscopie:
   • is de amide band I de enige bruikbare band voor het bepalen van de secundaire structuur van eiwitten of zijn er nog?
   • Verklaring geven voor de verschillende waarde van de amide piek bij alfa helix of b sheet.
   • Vaak ziet men 1 grote band en niet de verschillende pieken binnen de amide I band, hoe lost men dit op?
   • Is IR zo ook een kwantitatieve methode voor de bepaling van de secundaire structuur?
3. Bespreek HSQC in verband met studies van proteïnen.

Hofkens

1. oefening met 2 spectra gegeven van anisotropie-verval in de tijd van hetzelfde FP molecule. Het ene spectrum was bij lage concentratie FP, het andere bij hoge concentratie FP. Bij beiden werd het verval gemeten bij verschillende viscositeit en weergegeven in het spectrum (dus 5 vervalcurves in elk spectrum).
   • Verklaar de resultaten.
   • Wat kom je hierdoor te weten over het FP?
   • Bespreek in detail de meettechniek hoe men aan deze spectra komt. (4punten)
2. Bespreek het foto-elektrisch effect van Einstein. Waarom is dit belangrijk voor spectroscopie? (2punten)
3. Leg de volgende begrippen uit (max 1 blz per begrip) (4 punten):
   • circulair dichroïsme
   • magic angle
   • fosforescentie
   • J-aggregaat

30 jun 2011

Tatjana

1. H-NMR en IR spectrum van C14H14 gegeven. (Het was 1,2-difenylethaan als structuur)
2. Wat is NOE? Bereken de maximum signaalversterking bij 1H en 15N wanneer 15N de onderzochte kern is (gamma's gegeven).
3. Bespreek kort de 3 fasen waarin men m.b.v. NMR de structuur van proteinen kan bepalen.

Hofkens

1. Bij het meten van lifetimes zijn er vaak problemen met depolarisatie. Hoe los je dit anisotropieprobleem op. Verwerk de formule van anisotropie in je antwoord (6 punten).
2. Gegeven zijn gegevens van een quenching experiment. Je moest een Stern-volmer ervan maken. Verschillende quenchingconstanten berekenen. (Super moeilijke oefening !)
3. Oefening over Raman (Stokes en anti-Stokes): (2 punten)
   • exciterende laserfrequenties en een paar spectrumwaarden gegeven
   • en dan een paar vraagjes waar je frequenties of golflengtes moest berekenen.

21 jun 2011

Tatjana

1. H-NMR en IR spectrum van C11H14O2 gegeven.
2. Vijf kernen (12C, 14N, 17O, 31P en 51V) met hun I-waarde (totale spin van de kern) gegeven.
   • Geef het aantal mogelijke spinoriëntaties van elke kern en stel grafisch voor.
   • Wat is de frequentie van een signaal van een 31P-kern bij een magneetveld van 1 Tesla? (gamma, constante van Planck, pi en abundantie gegeven)
   • Zelfde vraag en zelfde gegevens, maar dan voor 51V.
   • Bij welk van beide kernen (31P en 51V) verwacht je onder dezelfde condities (concentratie, magneetveldsterkte) de hoogste S/N ratio?
3. Welke NMR methoden kan je gebruiken om de binding van een klein ligand aan een proteïne te bestuderen? Hou rekening met het verschil tussen trage en snelle uitwisseling ten opzichte van de NMR-tijdschaal.

Hofkens

1. Gegeven was een structuur (twee naftaleenmoleculen gekoppeld via een linker) en het bijhorende emissiespectrum met 3 pieken (opgenomen bij -60°C). De eerste piek had een fluorescentieverval van 2 ns, de middelste een bi-exponentieel verval en de laatste een verval van 12000 ns. Een concentratieverhoging heeft geen invloed op de vorm van het spectrum, maar wel op de intensiteit. Verklaar alle waarnemingen mbv Jablonski-energiediagram. Schat ook de golflengte bij max. absorptie mbv van de Woodward-Fieser-Scott regels en teken het absorptiespectrum. (6 punten)
2. Gegeven zijn twee structuren met als enige verschil de plaats van één dubbele binding (waardoor die binding bij de ene structuur geconjugeerd is en bij de andere niet). Je mag geen gebruik maken van de Woodward-Fieser-Scott regels om lambda max te bepalen, maar je hebt wel een UV-VIS absorptiemeter ter beschikking. Hoe kan je die gebruiken om beide stoffen te onderscheiden? (2 punten)
3. Oefening over Raman (Stokes en anti-Stokes): exciterende laserfrequenties en een paar spectrumwaarden gegeven, en dan een paar vraagjes waar je frequenties of golflengtes moest berekenen. (2 punten)

17 jun 2011

Tatjana

1. H- en C- NMRspectrum geven, C9H10O3. Mondelinge bijvragen:
   • Waarom is die piek bv een triplet?
   • Wat is er belangrijk voor het solvent voor NMR?
2. Bij een NMR meting met een toestel van 60MHz is het ligt de piek van CH3NO2 op 259.8 Hz van de referentiestof.
   • bereken de chemische shift bij 60MHz
   • op welke afstand zou de piek liggen bij 500MHz
   • bereken de chemische shift bij 500MHz
   • bijvraag: Waarom is de chemische shift belangrijk
3. Hoe kan je IR-spectrometrie gebruiken om info over de secundaire structuur van een proteïne te bekomen? Voor welk type van proteïnen is deze methode vooral bruikbaar?

Hofkens:

1. Gegeven was een schema van een natriumlamp. De lamp werkt als volgt: als er spanning gezet wordt over de lamp, wordt het ontspanningsgas(neon) geioniseerd. Bij botsing van dit geioniseerd gas met het natrium-kwik amalgaam komt natrium vrij. Zo wordt een lage natrium druk gecreeerd. Typisch voor zo'n lamp is de oranje kleur(zoals op de autosnelweg). Die kleur wordt veroorzaakt door het natrium. Verklaar dit aan de hand van concepten uit de cursus. Als de lamp net aangestoken is, is kleur niet oranje, maar roodachtig, verklaar. Een andere versie van zo'n lamp werkt met een hoge natrium druk, dit soort lampen geeft een wit-gele kleur. Verklaar dit aan de hand van concepten uit de cursus.(6 punten)
2. Geef een bondige uitleg voor volgend begrippen(5 zinnen) met indien nodig een wiskundige uitdrukking(2 punten)
   • Extinctiecoefficient
   • Woodward-Fieser-Scott-regels
   • Lambert-Beer
   • Fluorescentie quenching
3. oef(2 punten) Gegeven is dat HBr een band geeft bij 2558 cm^-1.
   • bereken de golflengte
   • je krijgt de uitdrukking van een veer(die met Mred) en gevraagt: bereken welke band DBr zal geven.(gegeven zijn m van H, D en Br en getal van Avogadro)

15 jun 2010

Tatjana

1. H- en IR- spectrum geven, C4H9Br. Mondelinge bijvragen:
   • Wat moet normaal de opsplitsing zijn van dit multiplet?
   • Is het IR-spectrum hier nuttig?
2. Wat is NOE? Bereken de maximum signaalversterking bij 1H en 31P wanneer 31P de onderzochte kern is (gamma's gegeven).
3. Welke NMR methode kan je gebruiken om een KWANTITATIEVE analyse te maken van protein-ligand binding? Hou rekening met snelle en trage uitwisseling.

18 jun 2009

Tatjana

1. H en C - NMR gegeven. Structuur? C14H14.
2. Gegeven: 12C (I=0), 14N (I=1), 17O (I=5/2), 31P (I=1/2).
   • Hoeveel spinoriëntaties zijn er in een magnetisch veld? Stel grafisch voor.
   • 31P in magneetveld van 1 Tesla. Bij welke frequentie moet je 31P meten? h, gamma en pi gegeven.
3. Hoe kan je IR-spectrometrie gebruiken om info over de secundaire structuur van een proteïne te bekomen? Voor welk type van proteïnen is deze methode vooral bruikbaar?

16 jun 2008

Tatjana

1. Bespreek de drie fasen voor de structuurbepaling van proteïnen via NMR
2. 3 COSY's gegeven, 6 AZ. Ken de 3 COSY's toe en leg uit waarom
3. H-NMR en IR-spectrum gegeven. Geef structuur (butylethanoaat (en geen methylpentanoaat!))

13 jun 2008

Tatjana

1. H en C spectrum van een molecule
2. Je krijgt lysine en zijn H en C chemische shift waarden, teken DEPT, H-H COSY en C-H HSQC
3. hoe kan je de binding van een ligand aan een proteïne bestuderen? Hou rekening met snelle en trage uitwisseling

11 jun 2008

Tatjana

1. Je hebt een oplossing vitamine C (structuur gegeven). Bespreek hoe je met IR-spectroscopie de concentratie van de oplossing kunt bepalen.
2. Geef het aantal verschillende spintoestanden van 12C (I=0),31P (I=1/2), 14N (I=1), 17O (I=5/2) en stel grafisch voor.
3. Bereken frequentie (B0, gamma, h en pi gegeven) voor 31P

27 jun 2007

Tatjana

1. Oefening, aromatische ring, twee O-CH3 en een keton erop
2. Je kreeg een molecule en ge moest daar de zo'n dynamische interactie bespreken, van draaiing rond een binding (met slow exchange, coalescentie en fast exchange) en dan moest je de uitwisselingssnelheid bij coalescentie berekenen.
3. Toepassing van IR op biomoleculen

23 jun 2007

Tatjana

1. Basic oefeningske
2. De NH2 groep stretcht permanent bij een frequentie van 1013 Hz. hierdoor heeft deze N-H verschillende bindingslengtes. Ga na of de individuele bindingslengtes kunnen gedetecteerd worden op een NMR-instrument van a) 250 MHZ en b) 900 MHz.
3. Wat is HSQC en hoe kan deze techniek bijdragen bij het onderzoek van eiwitten

21 jun 2007

Tatjana

1. Je kreeg een tekening van een benzeenring met daar een groep boven en ge moest de upfield en downfield effecten bespreken van die groep en die van de benzeenring.
2. Hoe is NMR belangrijk voor SAR en ook SAR bespreken
3. Een oefening met een symmetrische aromatische ring en een carboonzuur en een ester daar ergens in.

18 jun 2007

Tatjana

1. Oefening: Nen C4H9Br, gewoon, H spectrum en (nutteloos) IR gegeven, en ge moet de structuur geven (twas gewoon lineair, dus best wel 'makkelijk")
2. Theorie:
   • H @ 60MHz, zelfde toestel P @ ? MHz??? De 'gamma' van H en P was gegeven
3. In vivo NMR, bespreek, leg uit,...