红外光谱探究常见污染气体对丝织品结构的影响

丝织品是由丝蛋白质组成,高温、高湿及污染物等因素会使其结构发生变化。为了科学地评估博物馆中污染气体对丝织品结构的影响,采取人工模拟实验制备二氧化氮、二氧化硫、乙酸和氨气常见博物馆污染气体环境,利用傅里叶红外光谱（FTIR）从丝蛋白质肽链结构、二级结构等方面探讨4种污染气体对丝织品蛋白质结构的影响。实验结果表明,二氧化氮老化30 h后样品的红外光谱在1 382 cm-1波数附近出现甲基对称变角振动吸收峰,而其他气体老化50 d的丝织品仍未产生甲基对称变角振动,说明二氧化氮对丝织品破坏最严重。所有污染气体老化后,样品的红外光谱在975和999 cm-1丝蛋白-Gly-Ala-和-Gly-Gly-肽链（一级）结构特征吸收峰处均有不同程度减弱,但碱性气体氨气较酸性气体减弱更明显。傅里叶红外光谱技术结合酰胺Ⅲ带（1 330～1 200 cm-1）去卷积和高斯拟合法研究表明,50 d氨老化后仅引起丝蛋白质非结晶区的轻微变化,α-螺旋、无规卷曲、β-折叠含量变化幅度较小,丝蛋白二级结构变化较小。相比而言,酸性气体对丝蛋白二级结构影响更加显著,出现β-折叠相对含量大幅降低、无规卷曲相对含量明显增加,其结晶区遭受严重破坏。在4种气体中,二氧化氮对丝织品二级结构影响最显著,老化30 h后β-折叠相对含量由原始值30.36%降低至18.12%,约降低40%。相应的二氧化氮对丝织品强度破坏最严重,在β-折叠含量降低的同时,材料的力学强度出现了显著降低。利用波数在1 700和1 640 cm-1红外光谱吸收峰的比值（A_{1 700/1 640}）和波数在1 620和1 514 cm-1红外光谱吸收峰的比值（A_{1 620/1 514}）判断样品的老化方式,实验结果表明二氧化氮、二氧化硫、氨气老化样品的方式主要为氧化老化,而乙酸老化的样品则发生氧化老化和水解老化两种老化方式。随着老化时间的延长,4种气体中二氧化氮老化样品的A_{1 620/1 514}比值增加最多、氧化最严重。推断与二氧化氮的强氧化性有关,也与二氧化氮使丝织品产生显著的甲基对称变角振动有关。建议博物馆应严格监测和控制二氧化氮气体浓度。该研究为制定合理的丝织品文物存放环境提供科学依据,对丝织品文物的保护具有重要意义。     

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%。     

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。     

面粉中蛋白质二级结构的红外光谱研究

测定了不同温度下面粉蛋白质酰胺Ⅲ带的一维红外光谱,二阶导数红外光谱和去卷积红外光谱。研究发现:随着测定温度的升高,面粉蛋白质中的α-螺旋结构的、β-转角结构、无规卷曲结构和β-折叠结构红外吸收强度均有所增加。进一步研究了面粉蛋白质酰胺Ⅲ带的二维红外光谱。研究发现:随着测定温度的升高,面粉中蛋白质酰胺Ⅲ带的红外吸收强度变化快慢趋势是:1312cm-1(α-螺旋结构)1285cm-1(β-转角结构)1260cm-1(无规卷曲结构)1229cm-1(β-折叠结构)。     

应用FTIR研究超声对牛血清白蛋白二级结构的影响

应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)结合荧光光谱研究了牛血清白蛋白(BSA)在超声作用下的结构变化。荧光光谱表明,超声作用使BSA溶液荧光光谱最大发射峰发生了蓝移,表明超声改变了BSA中色氨酸(Trp)残基环境;荧光强度的降低表明超声改变了蛋白质分子的构象,具有荧光猝灭效应。采用对BSA红外光谱酰胺Ⅰ带进行曲线拟合的方法,定量分析了不同超声功率、时间对BSA二级结构的影响,发现超声作用对BSA中的α-螺旋、β-折叠、β-转角及无规卷曲的相对含量有不同程度的影响;超声作用具有使BSA的二级结构由α-螺旋向β-折叠、β-转角转化的趋势,而无规则卷曲含量则基本不受超声影响而保持相对稳定。     

羟基磷灰石结晶对牛血清白蛋白二级结构影响的光谱研究

通过圆二色谱(CD)及傅里叶变换红外光谱及退卷积、曲线拟合等技术研究了羟基磷灰石结晶对牛血清白蛋白二级结构的影响。CD谱结果表明,在纯的牛血清白蛋白中,α-螺旋、β-折叠、β-转角及无规则卷曲等4种结构的含量分别为56.8%, 5.8%, 14.1%, 23.9%;而在羟基磷灰石/牛血清白蛋白溶液中,4种结构的含量分别为25.4%, 25.0%, 20.0%和29.7%, 红外光谱结果与其一致。由此可以看出, 晶体的形成使牛血清白蛋白的α-螺旋结构含量减少,β-折叠结构含量增多,且随着反应时间的进行α-螺旋结构减少越来越明显,β-折叠结构增加越来越多,表明在溶液中部分α-螺旋结构转变为β-折叠结构。文章对这种变化的本质进行了初步探讨。     

pH对中国人乳β-酪蛋白二级结构的圆二色和拉曼特征影响

人乳中β-酪蛋白为婴儿的快速生长提供了最适宜的氨基酸、钙磷等。以往的研究均是对牛乳的β-酪蛋白二级结构进行分析,而牛乳β-酪蛋白对婴儿配方乳的指导意义不如人乳β-酪蛋白,且人乳β-酪蛋白难以获得合适的蛋白晶体,其三级结构不清楚。为了获得中国人乳β-酪蛋白二级结构的相关基础信息,采用圆二色光谱(CD)法和拉曼光谱(Raman)法分析在不同pH条件下其二级结构的变化,结果表明：pH值的改变能够诱导中国人乳β-酪蛋白二级结构的改变,CD分析表明β-酪蛋白各部分的二级结构分别是：0.5%~2% α-螺旋,16%~18% β-折叠,30%~34% β-转角,49%~51% 无规则卷曲;随着pH的增加,部分结构发生了变化,α-螺旋在pH 8处含量增加,而在pH 10处含量减小。拉曼光谱分析表明：β-酪蛋白在酰胺I的特征峰在1 662 cm-1处,分析出β-酪蛋白的无规则卷曲含量较高。同时,根据I₈₅₀/I₈₃₀的比值计算出β-酪蛋白的酪氨酸残基趋向于“暴露式”。圆二色光谱和拉曼光谱都证明了人乳β-酪蛋白二级结构中无规则卷曲的含量最高,而β-折叠和β-转角含量保持相对的稳定。并且,在pH 8条件下,α-螺旋含量高于在其他pH条件下的含量。     

红外光谱结合PCA-LDA对嘉峪关戏台文物建筑彩画胶料种类的判别

为了判别嘉峪关戏台文物建筑彩画的胶料种类,采用皮胶、鱼鳔胶、蛋清、蛋黄、牛奶为参考样品,使用傅里叶红外光谱仪采集了参考样品及三件文物样品胶料的红外吸收光谱,利用主成分分析结合线性判别分析（PCA-LDA）构建胶料种类判别的数学模型,并应用于文物样品。发现参考样品红外光谱在1 800～1 000 cm-1区间包含了丰富的分子结构特征信息。该区间中蛋白类胶料的共同特征为1 650 cm-1附近的仲酰胺C═O键伸缩振动峰,1 542 cm-1附近的酰胺C-N键伸缩振动和N-H键弯曲振动峰,1 240 cm-1附近的酰胺C-N键伸缩振动峰。此外,蛋黄、皮胶和牛奶因其中含有较多脂类物质,在1 745 cm-1附近还存在饱和脂肪酸酯羰基C═O键伸缩振动峰。在此基础上,通过对参考样品红外吸收光谱主成分得分散点图的分析,发现不同胶料参考样品的红外光谱类间差异显著。据此,使用参考样品红外光谱的主成分得分为训练集,添加类别变量拟合判别函数,绘制函数组质心图并进行交叉验证,得出方程的判别正确率为93.3%。发现因老化降解导致三件文物样品的红外吸收光谱与参考样品光谱有所不同,但仍具有蛋白类胶料的特征。利用PCA-LDA分析模型对文物胶料种类进行判别,结果均为皮胶。该胶料种类判别模型稳定、有效,用该模型判定嘉峪关建筑彩画胶料为动物胶中皮胶。     

中国文物彩绘常用胶料的显微共聚焦拉曼光谱特征研究

为了鉴定文物彩绘中常用胶料的种类,文章采用显微共聚焦拉曼光谱技术分析了猪皮胶、猪骨胶、蛋清、蛋黄、桃胶等中国古代文物彩绘常用胶料.通过对五种标准胶料的拉曼光谱分析,发现蛋白类胶料和桃胶的拉曼光谱存在明显差别,桃胶在1 463及1 088 cm-1 处存在两个糖类化合物的特征振动峰.虽然蛋白类胶料间的拉曼光谱具有一定的相...     

胶矾水中明矾对宣纸中纤维素、碳酸钙和明胶的影响

胶矾水是中国传统书画修复和装裱材料,但过量使用明矾会引起宣纸不同程度的酸化。为了解胶矾水中明矾对宣纸中不同成分的影响,明确传统胶矾水中明矾用量范围,减少其对宣纸的危害,采用傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)和X射线衍射(XRD)研究了明矾对宣纸中纤维素和碳酸钙的影响,并将傅里叶退卷积和二阶导曲线拟合的方法引入研究明矾对宣纸中明胶蛋白质二级结构的影响。XRD和ATR-FTIR结果表明明矾会不同程度溶解纸张中的结晶纤维素、非结晶纤维素和CaCO₃(生成CaSO₄),在明矾浓度超过5 Wt%后成分变化最剧烈。傅里叶退卷积和二阶导曲线拟合结果表明明矾会使宣纸中明胶蛋白质二级结构改变,使α-螺旋结构、β-转向结构和γ-随机结构向β-折叠结构转变。在明矾浓度超过5 Wt%后,蛋白质二级结构发生剧烈变化。研究得出了明矾对宣纸中不同成分的影响,在最小干预的文物保护原则基础上给出了明矾用量范围,为纸质文物中蛋白质二级结构研究引入了一种新方法,扩大了ATR-FTIR在纸质文物中的研究和应用范围。     

丹参酚酸A和丹参酚酸B与胰岛素相互作用的分子光谱学研究以及葡萄糖的影响

采用紫外-可见光谱、荧光光谱和傅里叶变换衰减全反射红外光谱等技术,研究在模拟人体生理Ph值条件下,丹参酚酸A(或丹参酚酸B)与胰岛素分子之间的结合作用,以及丹参酚酸A(或丹参酚酸B)对胰岛素二级结构的影响,并考察葡萄糖对它们的影响。实验结果表明,丹参酚酸A和丹参酚酸B均能导致胰岛素内源性荧光静态猝灭;同步荧光和三维荧光谱图表明胰岛素与丹参酚酸A(或丹参酚酸B)结合后,构象没有发生明显变化。红外光谱研究表明,胰岛素与丹参酚酸A(或丹参酚酸B)结合后二级结构发生了一些改变,β-转角和无规则卷曲的相对含量略有增加,α-螺旋和β-折叠没有发生明显改变。葡萄糖的加入会改变丹参酚酸A(或丹参酚酸B)与胰岛素的结合程度,并加剧胰岛素构象变化以及二级结构中α-螺旋相对含量改变,从而影响丹参酚酸A(或丹参酚酸B)-胰岛素体系中胰岛素的生物活性。     

应用圆二色光谱研究电场对超氧化物歧化酶二级结构的影响

超氧化物歧化酶经不同强度的电场作用,采用圆二色光谱研究了不同强度的电场对超氧化物歧化酶二级结构的影响.结果表明：在1.0 kV/cm～6.0 kV/cm范围, 不同强度的电场对超氧化物歧化酶的α-螺旋、β-折叠、β-转角及无规卷曲相对含量的影响程度不同.与对照组相比,处理组的β-折叠和β-转角含量降低,降幅范围分别为2.5%～15.1和0.9%～3.5%；α-螺旋和无规卷曲含量增加,增幅范围分别为3.1%～18.8%和1.0%～8.9%.电场作用具有使超氧化物歧化酶的二级结构中β-折叠、β-转角向α-螺旋及无规卷曲转化的趋势.     

Correlation between hydrogen/deuterium exchange and Amide I band intensity in hemoglobin aqueous solution under static or 50 Hz magnetic field

Samples of hemoglobin in deuterium oxide solution (D₂O) and in bidistilled H₂O water solution, both at the concentration of 100 mg/ml, were exposed to a static magnetic field at 100 mT; analogous samples were exposed to 50 Hz magnetic field at 1 mT. Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy was used to analyze separately the response of the secondary structure of this protein (diluted in both aqueous solutions) to separated exposure to both magnetic fields. The most relevant result which was observed after exposures was the significant increasing in intensity of the Amide I band, which was already explained in previous studies assuming that proteins α-helix aligned along the direction of the applied magnetic field due to its large dipole moment. In particular, in this study it was shown that hydrogen/deuterium exchange induced a reduction of the increasing of Amide I vibration band. This result can be explained assuming that Amide hydrogens of hemoglobin exchange with solvent deuterium atoms, causing an increase in mass of the protein and a correlated increasing in inertia of the α-helix, reducing significantly the torque effect of the applied magnetic field.     

Improving the gel properties of duck egg white by synergetic phosphorylation/ultrasound: Gel properties,crystalline structures,and protein structure

To improve the gel properties of duck egg white gel and increase the industrial value of duck egg white, the mechanisms of ultrasound and synergetic phosphorylation/ultrasound treatments were examined in this study. It was found that as the ultrasound power increased, the surface hydrophobicity, hardness, and cohesiveness of the gel system increased, and the ζ-potential and water mobility decreased. Of the two treatments, phosphorylation/ultrasound had the strongest impact on the conformation and crystallinity of the gel system and promoted the formation of high molecular polymers. Both gel systems displayed enhanced compactness, stability, and gel strength because of the enhanced protein–protein interactions via hydrogen bonds and protein aggregation, and increased the content of intramolecular β-sheets following ultrasound treatment, and synergetic phosphorylation/ultrasound further improved the stability, water binding and gel properties. This experiment showed that ultrasound and, particularly, phosphorylation/ultrasound are effective methods to improve the gel properties of duck egg white. This study enhanced our understanding of the interactions of sodium pyrophosphate and egg white under ultrasound treatment, and promote the potential application of sodium pyrophosphate and ultrasound treatment of novel food products.     

胃肠道正常组织与相应肿瘤组织结构的FTIR光谱研究

本文用傅里叶变换红外显微光谱对一系列胃肠道（食道、胃、结肠）肿瘤组织和相应正常组织的冰冻切片进行了研究。结果显示，所有肿瘤组织的光谱基本一致。而正常组织的光谱按１４００－９５０ｃｍ＾－１区域的特点可分为三类。对光谱中蛋白质酰胺Ｉ带曲线拟合的结果表明，正常组织和肿瘤组织中蛋白质的二级结构有着很大的差别。     

Transglutaminase-induced gelation properties of soy protein isolate and wheat gluten mixtures with high intensity ultrasonic pretreatment

Soy protein isolate (SPI) and wheat gluten (WG) are widely used in commercial food applications in Asia for their nutritional value and functional properties. However, individually each exhibits poor gelation. In this study, we examined the microbial transglutaminase (MTGase)-induced gelation properties of SPI and WG mixtures with high intensity ultrasonic pretreatment. Ultrasonic treatment reduced the particle size of SPI/WG molecules, which led to improvements in surface hydrophobicity (H_o) and free sulfhydryl (SH) group content. However, MTGase crosslinking facilitated the formation of disulfide bonds, markedly decreasing the content of free SH groups. Ultrasonic treatment improved the gel strength, water holding capacity, and storage modulus and resulted in denser and more homogeneous networks of MTGase-induced SPI/WG gels. In addition, ultrasonic treatment changed the secondary structure of the gel samples as determined by Fourier transform infrared spectroscopic analysis, with a reduction in α-helices and β-turns and an increase in β-sheets and random coils. Thus, ultrasound is useful in facilitating the gelation properties of MTGase-induced SPI/WG gels and might expand their utilization in the food protein gelation industry.     

疏水表面上吸附态溶菌酶的DSC和FTIR研究

联合差示扫描量热 (DSC)和傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR)分别研究了鸡蛋白溶菌酶(Lyz)在适度疏水吸附剂(PEG-600)表面上吸附和折叠时,不同盐(硫酸铵)浓度、表面覆盖度和变性剂(盐酸胍)浓度对无水环境的吸附态天然和变性溶菌酶构象变化及热稳定性的影响。研究发现：随着硫酸铵浓度和溶菌酶表面覆盖度的增加,吸附态天然和变性溶菌酶的吸热峰温度都逐渐降低,同时在较高温度下的微扰也增多。吸附发生后,α-螺旋结构减少,β-折叠和β-转角结构增多。在FTIR图谱中,吸附态变性溶菌酶在1 400～1 425 cm-1处的C—C拉伸振动峰和1 650～1 670 cm-1处的酰胺Ⅰ带特征峰都能明显观测到。但是,与之相比,相同条件下吸附态天然溶菌酶在1 650～1 670 cm-1处特征峰却几乎看不到。吸附态天然溶菌酶发生了结构丢失,表现得更加不稳定。     

基于ATR-FTIR和PAC微损快速鉴别颜料层中的蛋白质粘合剂

相较于气相色谱-质谱(GC-MS)和高效液相色谱(HPLC),衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)能实现绘画颜料中蛋白质种类的“不分离即分析”,从而简化分析步骤和减小文物样品的消耗。这项研究验证了ATR-FTIR用于颜料中蛋白质种类鉴别的可行性。以石青和白垩为矿物颜料,牛奶、明胶和鸡蛋为蛋白质粘合剂制备了新鲜样品和经紫外光老化的模拟文物样品,运用二阶导数光谱和主成分分析建立了模式识别模型。结果表明模拟文物样品中蛋白质的种类能通过新鲜样品建立的模型进行识别。因此,ATR-FTIR在文化遗产领域中蛋白质种类的微损和快速鉴别具有巨大的潜力。