大量實驗證據說明蛋白質具有高度的柔性，表現出非常複雜的動態行為。最近越來越多的結果證實蛋白質的動態在生物功能中扮演豐富且重要的角色。欲從實驗和理論完整了解蛋白質的穩定性及動性是一個挑戰，這往往需要對摺疊和非摺疊態的蛋白質之間交互作用做具體的分析。現代核磁共振鬆弛實驗可以定量地研究分子的運動，其時間尺度可由皮秒至秒量級。特別是，微秒至毫秒(μs-ms)時間尺度的構型交換會造成化學位移的改變，其結果是給有效橫向鬆弛速率R2eff提供一項額外的貢獻。透過R2eff對CPMG頻率νCPMG鬆弛分散曲線可以量測到不同交換位點上化學位移的差異和相關的動力學及熱力學參數，例如交換速率或狀態的布居數，並藉此描述交換的過程。
為了盡可能取得完整的圖像，已經有許多鬆弛分散曲線針對不同的自旋核種做了大量的量測，包括蛋白質骨架胺基的氮、碳以及側鏈上甲基的碳、氘等核種。但是，酸鹼性、溫度以及額外離子存在等因素對蛋白質運動和交換的影響之研究還很不完整。
所以本工作將重點放在對個別氨基酸上的13C做動態的研究。基於以前的工作，透過改變溶劑的pH、溫度和光譜中心頻率取得13C單量子相干鬆弛即得到有效鬆弛速率與CMPG脈衝間隔的函數關係，以定量探討這些效應對胺基酸動態的影響。透過比較氨基酸和實際蛋白質（Ubiquitin和CTXn）殘基上的行為之異同，這些結果能進一步幫助我們理解氨基酸本性和溶液條件對蛋白質結構以及動態行為之影響。本工作主要結論如下：（1）氨基酸上之碳核皆可以發現有鬆弛分散的現象，明顯表示分子構形交換(conformational exchange)以及水交換(包含重水和正常水)確實影響鬆弛分散，其並非透過摺疊展開(folding-unfolding)的過程。 Folding-unfolding effect 過去常被用來解釋蛋白質上的交換現象也許不夠嚴格，因為即使是氨基酸這種小分子也有鬆弛分散現象，所以推測大分子的構形交換和水交換應該列入影響鬆弛分散的因素。 （2） 當溫度提高時，交換現象對鬆弛分散的影響比低溫時更顯著。 （3）當改變溶劑時，重水交換比正常的水分子明顯，且R2普遍較大。（4）改變pH時，溶液在酸性條件下，碳核的鬆弛分散普遍明顯，但是若所偵測的碳核旁邊有胺基(amide)或是其他可以交換的氫核，則是在鹼性中較為明顯。（5）由理論推測當設置偏制頻率等於零時(TOF=0) ，振盪應該不明顯，但是實驗結果發現振盪仍然存在。即表示利用兩位點模型來推測氨基酸的交換現象並不夠嚴格。 （6）比較蛋白質上殘基的行為可以發現和氨基酸相當類似，雖然細節仍有些許差異，但比較結果仍具參考價值。

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第一章 緒論-1
一. 氨基酸簡介-1
二. 泛素（Ubiquitin）簡介-3
第二章 核磁共振鬆弛理論-12
一. 鬆弛理論基礎-13
二. 縱向鬆弛與橫向鬆弛-20
三. 旋轉座標系下的自旋－晶格鬆弛時間T1ρ-27
四. NOE-28
第三章 蛋白質動態行為和交換現象-31
一. 動態核磁共振實驗-31
二. 與模型無關方法（Model-free method）-35
三. 化學交換動力學-38
四. 鬆弛分散實驗-49
五. 氫氘交換和蛋白質局部穩定性-52
六. pH與蛋白質狀態之關聯-53
第四章 實驗部分-56
一. 實驗藥品-56
二. 樣品製備-57
三. 儀器設備-57
四. 實驗條件-57
五. 數據處理過程-59
第五章 結果與討論-62
一. 氨基酸在不同pH的鬆弛分散曲線-62
二. 改變偏制對氨基酸13C鬆弛分散曲線的影響-68
三. 改變溫度對氨基酸13C鬆弛分散曲線的影響-74
四. 改變溶劑對氨基酸13C鬆弛分散曲線的影響-79
五. 泛素的多量子相干鬆弛分散曲線-85
六. 泛素鬆弛分散曲線之模擬-93
第六章 總結-96
第七章 參考文獻-98

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