交联淀粉微球酶降解过程的FTIR和XRD分析

以可溶性淀粉为原料,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用反相悬浮聚合得到了一种交联淀粉微球(CSM)。为了深入了解交联淀粉微球(CSM)的降解过程,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线粉末衍射(XRD) 等光谱分析手段,对可溶性淀粉、CSM及其CSM在模拟肠液中不同时间的降解产物进行了分析。FTIR和SEM的研究结果表明, CSM在消化液中3 h内可稳定维持其交联结构,降解后3和12 h之间1 090 cm-1处的C—O—C弯曲振动峰减弱,酰胺的Ⅰ带吸收峰和Ⅱ带吸收峰强度的减弱说明了淀粉分子链被降解, 交联结构开始解聚,12 h后酰胺的Ⅰ带吸收峰和Ⅱ带吸收峰完全消失,说明交联结构已完全被除去;XRD结果表明,CSM在消化液中降解12 h后的情况与可溶性淀粉的降解情况相似,非结晶性部分被分解,结晶度随降解过程的进行而提高,但是仍然小于可溶性淀粉的结晶度。     

同位素标记和二维红外光谱研究菌紫质的局部构象动力学

将~(13)C同位素标记的赖氨酸作为红外探针引入细菌视紫红质中,借助傅里叶变换红外光谱和二维红外光谱,我们对该蛋白质的局部结构动力学进行了探究。结果表明一些特定位点的酰胺-Ⅰ带吸收峰发生了明显的红移。在标记的七个赖氨酸残基中,位于细胞外侧螺旋-D的环区域中的赖氨酸129残基,在高频1690cm~(-1)处具有独特的酰胺-Ⅰ带吸收,为利用线性和非线性手段研究细胞外表面结构和水合动力学提供了局部探针。     

傅里叶变换红外光谱用于食管癌及癌旁正常组织结构的相关研究

应用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)对43例食管癌及癌旁正常组织进行了分析,结果表明,食管癌组织和癌旁正常组织的红外光谱具有较大的差异:正常组织的红外光谱在1550 cm-1附近的酰胺Ⅱ带吸收峰相对较强,峰型高尖,与酰胺Ⅰ带的相对峰高比(I1647/I1550)在癌组织中比较高;正常组织中酰胺Ⅰ带的吸收峰峰位比癌组织的高1-6 cm-1;正常组织中1453 cm-1处的峰强大于1402 cm-1处,而在癌组织中则相反,1402 cm-1附近的吸收峰峰高大于1453cm-1处;癌组织中1080 cm-1附近的峰位和正常组织相比显得高而强,癌组织的相对峰高比(I1080/I1550)高于正常组织。说明傅里叶变换红外光谱法可以用于对良、恶性组织进行鉴别诊断,有希望发展成为肿瘤快速诊断的一种新方法。     

应用FTIR直接测定法鉴定大豆的品种

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)法测定了8个不同大豆品种的子叶及外表皮的红外光谱,对他们的红外光谱进行了分析,并对其吸收峰进行了归属。通过对各谱图的比较分析发现,不同的大豆品种的红外吸收峰形及峰强有所区别。结果表明： 不同的大豆品种的FTIR有明显的差别,特别是1 800～1 200 cm-1范围内有较大的差异,它反映的主要是蛋白质分子的酰胺Ⅰ带及酰胺Ⅱ带附近,这可能是源于基因的差异。因此FTIR法可用于不同大豆品种的鉴别。     

温度对鱼鳞胶原蛋白二级结构的影响

从草鱼鱼鳞中提取酶溶性胶原蛋白(PSC),通过SDS-PAGE电泳分析为典型Ⅰ型胶原蛋白且达到电泳纯。在此基础上利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)和圆二色谱(CD)研究了温度对鱼鳞胶原蛋白二级结构的影响。FTIR分析表明：鱼鳞胶原蛋白具有典型的胶原蛋白特征吸收带,酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ和酰胺Ⅲ带的特征吸收频率分别出现在1658,1552和1238cm-1处。随温度升高,酰胺A和酰胺B峰位向低波数移动,1658cm-1处吸收峰裂解成多个吸收峰;1552cm-1处的吸收峰在35℃微略红移,随后发生明显蓝移;1238cm-1处吸收峰随温度升高向低波数移动。在拉曼光谱中,胶原蛋白的酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ和酰胺Ⅲ带的特征吸收频率分别出现在1669,1557和1245cm-1处,都较红外光谱的波数高;此外,921和855cm-1处脯氨酸的特征谱峰在拉曼光谱中体现出来。圆二色谱分析表明,胶原蛋白溶液在221.6和204.4nm分别有一正、负峰,具有典型胶原蛋白三螺旋结构的特征圆二色谱峰型。胶原蛋白冻干品的FTIR光谱和Raman谱线大都在35～60℃时发生波数和强度改变,而胶原蛋白乙酸溶液的CD谱线在20～35℃之间发生剧烈改变。由此可以判断胶原蛋白在固态和溶液状态下,变性温度存在一定差异,胶原蛋白冻干品比其乙酸溶液更稳定。     

航天诱变育种甜椒品系的红外光谱分析

首次采用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)对航天诱变育种甜椒品系种子和一般大田生产的甜椒品种种子进行了对比研究,比较了它们红外光谱的异同。甜椒种子的红外光谱主要由蛋白质的吸收带和碳水化合物的吸收带组成。航天育种的两个甜椒品系种子(SP11和SP18)红外光谱的主要吸收峰的峰位、峰形与普通甜椒品系种子相同,表明经航天诱变的甜椒其主要化学成分和基本结构并未发生变化。太空甜椒种子,在2 854,1 652, 1 542以及1 160～1 062 cm-1范围内的吸收都较普通甜椒种子增加。2 855 cm-1峰是CH₂—伸缩振动,1 652 cm-1处的吸收峰为酰胺Ⅰ带,是CO的伸缩振动峰,1 542 cm-1的吸收峰是酰胺Ⅱ带,是N—H的弯曲振动和C—N的伸缩振动,1 160 cm-1处的峰可能为碳水化合物的C—O的伸缩振动引起。表明航天诱变使甜椒种子的蛋白质和碳水化合物含量增加。     

应用红外光谱技术研究中药水蛭的炮制过程

考察水蚝炮制前后化学成分产生的变化,文章采用红外光谱(FTlR)二维相关红外谱图(2D-IR)对中药水蛭鲜品和制品进行了研究.结果表明:水蛭具有明显的酰胺Ⅰ和Ⅱ带蛋白质特征峰,其中鲜品的酰胺Ⅱ带吸收峰在1543 cm-1,而生品和炮制品的向低频位移至1 535cm-1;采用热微扰模拟水蛭炮制过程并分析水蛭的2D-IR,结果显示水蛭鲜品中的酰胺Ⅰ带与酰胺Ⅱ带的自动峰的强度比炮制品的更为显著.说明水蛭在炮制过程中蛋白质的空间构象破损、氢键断裂,导致变性失活,部分脂肪酸和甾醇类组分在炮制中发生氧化分解.     

玉米花粉中营养物质的傅里叶变换红外光谱特征

为了研究玉米花粉中的蛋白质和多糖等营养物质,采用傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合技术分析曲辰9号和靖丰3号两种杂交玉米花粉.玉米花粉的傅里叶变换红外光谱显示蛋白质的特征吸收峰酰胺I带、酰胺II带和酰胺III带出现在1 653cm-1、1 546cm-1和1 241cm-1附近,多糖特征吸收峰出现在1 078cm-1、1 056cm-1、1 030cm-1和995cm-1附近.对比它们的傅里叶变换红外光谱的蛋白质和多糖特征吸收带,两种玉米花粉存在一定差异,表明它们所含的蛋白质和多糖含量不同.对1 900~950cm-1吸收带实施傅里叶自去卷积和二阶导数处理后再进行曲线拟合分析,剥离出因光谱叠加而掩盖的特征吸收子峰.子峰信息显示曲辰9号玉米花粉中多糖的含量高于靖丰3号玉米花粉,而蛋白质的含量关系则相反.研究表明,傅里叶变换红外光谱技术可为玉米花粉中营养物质的研究提供一种便捷的手段.     

鱼胶原蛋白肽与表没食子儿茶素没食子酸酯相互作用的研究

运用荧光光谱、红外光谱、圆二色谱和拉曼光谱等四种光谱手段,研究了鱼胶原蛋白肽(FCP)与表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)在水溶液中的相互作用。荧光结果表明：EGCG使FCP中的酪氨酸荧光强度减小,促进了二酪氨酸的形成;FCP与EGCG能够形成FCP-EGCG非共价复合物,同时,EGCG影响了FCP中酪氨酸的微环境。红外光谱分析表明：FCP具有胶原蛋白特征吸收带;EGCG的加入使3 281 cm-1处的吸收峰消失,3 076 cm-1处的吸收峰红移,表明EGCG影响了酰胺A带和酰胺B带;1 659和1 689 cm-1处的吸收峰蓝移,1 547 cm-1处的吸收峰红移以及1 248 cm-1处吸收峰的消失,表明FCP中酰胺Ⅰ带、酰胺Ⅱ带和酰胺Ⅲ带均受到EGCG的影响。圆二色谱分析表明：添加EGCG后,FCP 222 nm处的负峰消失,198 nm处的负峰依次红移至200和204 nm,说明EGCG影响了FCP的二级结构。拉曼光谱分析结果表明：EGCG的加入影响了FCP中酰胺Ⅰ带、酰胺Ⅱ带和酰胺Ⅲ带的吸收;同时,EGCG的添加使863和932 cm-1处的峰红移,前者峰强度降低,后者峰强度大幅增加,表明羟脯氨酸和脯氨酸均参与了与EGCG的结合,且EGCG浓度的增加使更多的脯氨酸暴漏。     

鱼胶原蛋白肽与表没食子儿茶素没食子酸酯相互作用的研究

运用荧光光谱、红外光谱、圆二色谱和拉曼光谱等四种光谱手段, 研究了鱼胶原蛋白肽(FCP)与表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)在水溶液中的相互作用。荧光结果表明: EGCG使FCP中的酪氨酸荧光强度减小, 促进了二酪氨酸的形成;FCP与EGCG能够形成FCP-EGCG非共价复合物, 同时, EGCG影响了FCP中酪氨酸的微环境。红外光谱分析表明: FCP具有胶原蛋白特征吸收带;EGCG的加入使3 281 cm-1处的吸收峰消失, 3 076 cm-1处的吸收峰红移, 表明EGCG影响了酰胺A带和酰胺B带;1 659和1 689 cm-1处的吸收峰蓝移, 1 547 cm-1处的吸收峰红移以及1 248 cm-1处吸收峰的消失, 表明FCP中酰胺Ⅰ带、酰胺Ⅱ带和酰胺Ⅲ带均受到EGCG的影响。圆二色谱分析表明: 添加EGCG后, FCP 222 nm处的负峰消失, 198 nm处的负峰依次红移至200和204 nm, 说明EGCG影响了FCP的二级结构。拉曼光谱分析结果表明: EGCG的加入影响了FCP中酰胺Ⅰ带、酰胺Ⅱ带和酰胺Ⅲ带的吸收;同时, EGCG的添加使863和932 cm-1处的峰红移, 前者峰强度降低, 后者峰强度大幅增加, 表明羟脯氨酸和脯氨酸均参与了与EGCG的结合, 且EGCG浓度的增加使更多的脯氨酸暴漏。     

Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) application chemical characterization of enamel,dentin and bone

Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) has been used extensively for chemical characterization of mineralized tissues in the past few decades. FTIR is an ideal technique to analyze chemical structural properties of natural materials, since the frequencies of several vibrational modes of organic and inorganic molecules are active in the infrared. This review discusses the use of FTIR methodology, highlighting the attenuated total reflection (ATR) sampling mode, particularly for characterization of enamel, dentin and bone tissues. Enamel, dentin and bone, are composed of an organic and a mineral phase. The mineral phase is characterized essentially as nonstoichiometric substituted apatite, being the carbonate and phosphate spectral peaks the main representative of these phase. Organic matrix of the post-eruptive enamel is small (～1% weight (wt)). The dentin and bone organic phases are mainly composed of type I collagen that appears as spectral bands of amide I, amide II, amide III bands. Furthermore, synthetic apatite materials are being designed for total or partial replacement, restoration or augmentation of these biological tissues with FTIR assistance.     

岩藻多糖酶的FTIR光谱研究

通过海洋真菌LD8固态发酵获得岩藻多糖的粗蛋白,并进一步采用柠檬酸缓冲液浸提、丙酮沉淀和葡聚糖凝胶G-100层析,分离纯化至单一组分;利用傅里叶变换红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)及曲线拟合等技术研究了岩藻多糖酶的二级结构组成,增强因子为2.2,半峰宽为20.2 cm-1;为提高分析测定的准确性,对酰胺Ⅰ带与酰胺Ⅲ带分别进行拟合归属。结果表明：根据酰胺Ⅰ带所获得的二级结构,α-螺旋占11.5%,β-折叠为58.6%,无规卷曲14.5%,β-转角15.9%;酰胺Ⅲ带所得二级结构,α-螺旋含12%,β-折叠含57.3%,无规卷曲含14.5%,β-转角含16.3%。因此可见,酰胺Ⅰ带与酰胺Ⅲ带所对二级结构的分析是十分吻合的。在室温下,岩藻多糖酶的二级结构以β-折叠的含量占优势,约占58%,β-转角和无规卷曲次之,各占15%左右,α-螺旋含量较低,仅占12%。     

采用FTIR技术研究高压处理对冻干大豆分离蛋白构象的影响

采用傅里叶转换红外光谱技术(FTIR)研究了高压(HP)处理对冷冻干燥的大豆分离蛋白(SPI)构象的影响。在SPI的去卷积FTIR光谱的酰胺Ⅰ′区域(1 600～1 700 cm-1),观察到12个与蛋白构象相关的红外吸收峰,分别对应于CO键伸缩振动与肽键的C—N伸缩振动。通过对该区域的峰强度与波数分析显示,压力为200～400 MPa的HP处理导致SPI在该区域的峰发生明显的“红移”(约2 cm-1),强度也显著增加。更高的HP处理进一步增强了SPI的酰胺Ⅰ′区域的峰强度。对酰胺Ⅱ峰分析显示,HP处理导致酰胺Ⅱ峰(如1 560～1 500 cm-1)的强度、面积逐渐增加(与压力呈正相关)。以上分析显示,HP处理导致SPI的二级与三级结构逐渐打开,然而变性蛋白的结构在高压释放后经历一个“重构过程”。     

莲子蛋白组分二级结构的研究

对莲子蛋白质进行了Osborne蛋白质分类。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白进行二级结构分析。应用去卷积和曲线拟合方法对四种蛋白组分的酰胺Ⅰ和Ⅲ带进行分析,清蛋白和球蛋白之间以及醇溶蛋白和谷蛋白之间各相应子峰峰位和二级结构峰面积百分比差异较小,但前两者各相应子峰峰位与后两者略有差异;而前两者各相应二级结构峰面积百分比与后两者有较大差异,特别是前两者的各相应有序结构(α-螺旋+β-折叠)峰面积的百分比明显大于后两者。用0.1 mol.L-1NaCl溶液提取的球蛋白和清蛋白有序结构含量均在55%左右,而醇或碱提的醇溶蛋白和谷蛋白的有序结构含量仅为40%左右,盐提的蛋白质二级结构有序性和稳定性更高。     

抑癌基因p53的单细胞傅里叶变换显微红外光谱

为探索单细胞红外光谱技术对单基因差异的鉴别能力,利用同步辐射傅里叶变换红外显微光谱技术采集含抑癌基因p53(野生型)和敲除抑癌基因p53(敲除型)结肠癌细胞的单细胞显微红外光谱。研究分析光谱发现,二者在脂质、蛋白质以及核酸吸收谱带峰强度和位置都有明显的差异。敲除p53后脂质、核酸以及蛋白特征吸收峰均减弱,且几乎所有的吸收峰都向高波数位移。分析了酰胺I带与酰胺II带的相对吸收强度比,发现敲除型比值明显变大;酰胺I带拟合结果表明野生型细胞中蛋白质二级结构的α螺旋和无规则卷曲含量明显低于敲除型,转角和非典型螺旋的含量则高于敲除型,而β折叠的含量无明显变化。研究表明,同步辐射单细胞红外光谱可以在分子水平上鉴别因p53基因差异而产生的细胞代谢变化。     

Effect of a low-frequency magnetic field on the structure of globular blood proteins

We used IR Fourier absorption spectra of blood to study changes in the structure of globular blood proteins with extracorporeal autohemomagnetotherapy, used to treat ischemic heart disease. We compare the spectra of blood before and after magnetotherapy in the regions: amide I (1655 cm⁻¹), amide II (1545 cm⁻¹), amide III (1230–1350 cm⁻¹), amide IV and amide V (400–700 cm⁻¹). We have shown that pronounced changes in the spectra in the indicated regions on direct exposure of blood in vivo to a low-frequency pulsed magnetic field are connected with conformational changes in the secondary structure of globular blood proteins, which are apparent in the increase in the contribution of the α-helix conformation. We discuss the magnetotherapy-initiated appearance of new IR absorption bands at 1018 and 1038 cm⁻¹ and an increase in the intensity of a number of other bands located in the 1000–1200 cm⁻¹ region, which suggests a change in the concentration of some blood components. __________ Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 74, No. 5, pp. 665–669, September–October, 2007.     

FT‐Raman spectroscopic study of thoracic aortic wall subjected to uniaxial stress

The combination of Fourier transform‐Raman spectroscopy and uniaxial tensile tests (in MTS Synergie 100 testing machine) was used to investigate microstructural changes in the secondary protein structure of the aortic wall under different levels of stress. The spectroscopic analysis clearly shows differing tension thresholds for material excised in two directions: circumferential and longitudinal. This is confirmed by the results of macroscopic mechanical analyses. The application of strain does not lead to any noticeable change in the bandwidths of the Raman bands. The stress‐controlled Raman band analysis shows that the modes at 938 cm⁻¹ assigned as C_α C of the α‐helix, 1660 cm⁻¹ amide I (the unordered structure of elastin) and 1668 cm⁻¹ amide I (the collagen triple helix) undergo wavenumber shifting, but the bands at 1004 cm⁻¹ assigned to the phenyl ring breathing mode and 2940 cm⁻¹ to the ν (CH₃) and ν (CH₂) modes are not affected during the elastic behaviour. A clear correlation between Raman band shifting and the level of mechanical stress has been established. Elastin alone participates in the transmission of low stresses in the circumferential direction, whereas both elastin and collagen take part in the transmission of physiological and higher stresses. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

胃炎和胃溃疡组织细胞的显微拉曼光谱研究

利用共焦显微拉曼光谱研究了胃炎组织和胃溃疡组织的粘膜细胞。结果表明,与胃炎组织细胞比较,溃疡组织细胞中胞嘧啶的振动峰781 cm-1相对较弱,而腺嘌呤和胸腺嘧啶793,823cm-1处的峰强有所增加; 对应于α螺旋结构蛋白质酰胺Ⅰ和酰胺Ⅲ带的1654和1230～1270cm-1的强度均相对减小,色氨酸特征峰1332cm-1和苯丙氨酸特征峰1003cm-1强度有所降低,同时与色氨酸残基微环境变化密切相关的1554频移到1556cm-1,且强度有所增加;脂类的特征谱线1073 cm-1向高波数频移到了1078cm-1, 对应于CH₂扭转振动的1303cm-1与来自于CH面内变形振动的1268cm-1强度比值减小。上述变化表明两种疾病组织细胞中的核酸,蛋白质和脂类在成分、结构和构型上都存在明显差异;研究发现利用C—H弯曲振动的谱线1449cm-1和蛋白质酰胺Ⅲ带的谱线1660cm-1的强度比值A₁₄₄₉/A₁₆₆₀区分两种疾病具有较好的准确性。     

Effect of intravenous laser irradiation on the molecular structure of blood and blood components

We present the results of a spectral study of the effect of low-intensity laser radiation on the molecular structure of blood and blood components. Analysis of the Fourier transform IR absorption spectra of blood confirmed the changes we observed previously in the oxygen transport characteristics of blood with intravenous exposure to the emission from a He-Ne laser. We show that structural and conformational changes in the hemoglobin tetramer, initiated by laser-induced photoreactions between Hb and oxygen, lead to characteristic changes in the shape and intensity of the IR bands for NH stretching vibrations, and also the amide I and amide II absorption bands. In the IR spectra of irradiated blood samples, we note increased absorption in the bands for stretching vibrations of the phosphate groups (945–1280 cm⁻¹), which is evidence for an increase in the nucleic acid content (DNA, RNA). In the spectra of plasma and erythrocytes prepared from irradiated blood, there are no changes in this region of the IR spectrum. At the same time, in the IR spectra of samples of irradiated plasma, the intensity of the bands for stretching vibrations of the CH₂ groups increases substantially. __________ Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 73, No. 1, pp. 106–112, January–February, 2006.     

Picosecond thermometer in the amide I band of myoglobin

The amide I and II bands in myoglobin show a heterogeneous temperature dependence, with bands at 6.17 and 6.43 microm which are more intense at low temperatures. The amide I band temperature dependence is on the long wavelength edge of the band, while the short wavelength side has almost no temperature dependence. We compare concepts of anharmonic solid-state crystal physics and chemical physics for the origins of these bands. We suggest that the long wavelength side is composed of those amino acids which hydrogen bond to the hydration shell of the protein, and that temperature dependent bands can be used to determine the time it takes vibrational energy to flow into the hydration shell. We determine that vibrational energy flow to the hydration shell from the amide I takes approximately 20 ps to occur.