利用甚高频连续波电子顺磁共振测定超过3 nm的Gd$^{3+}$-Gd$^{3+}$距离

电子顺磁共振光谱结合定点自旋标记是阐明生物分子结构与组织的非常强大的工具。Gd$^{3+}$配合物最近作为一类新的自旋标记物出现，用于通过Q波段和W波段的脉冲EPR光谱测定距离。我们展示了在240 GHz (8.6 Tesla) 下对一系列类型为 Gd-PyMTA---spacer---Gd-PyMTA 的Gd标尺进行的CW EPR测量，其Gd-Gd距离范围从1.2 nm到4.3 nm。这些Gd标尺的CW EPR测量表明，对于以Gd-PyMTA作为自旋标记物、Gd-Gd距离直至 $\sim$ 3.4 nm的情况，在30 K下中央 $|-1/2\rangle\rightarrow|1/2\rangle$ 跃迁发生显著的偶极展宽。这代表了CW EPR可测距离的一次显著扩展，因为基于氮氧自由基的自旋标记物在X波段频率下通常只能访问直至 $\sim$ 2 nm的距离。我们表明该展宽在高于200 K的生物学相关温度下持续存在，并且通过将样品固定在玻璃态海藻糖中，该方法可进一步扩展至室温。我们展示了中央跃迁的峰峰值展宽遵循电子-电子偶极相互作用预期的 $~1/r^3$ 依赖关系，从低温直至室温。提出了一种模拟线形对自旋间距离依赖关系的简单程序，其中中央跃迁的展宽被建模为一个 $S=1/2$ 自旋，其CW EPR线形通过与一个相邻的 $S=7/2$ 自旋的电子-电子偶极相互作用而展宽。