分子吸收光谱在生物大分子研究中的应用

综述了近年来分子吸收光谱法在生物大分子结构研究中的应用,重点介绍了利用分子吸收光谱法研究蛋白质、核酸结构及其与小分子的相互作用。分子吸收光谱法因其简便、快速的特点而广泛应用于生物大分子结构的测定。紫外光谱法常用于从分子水平上研究小分子如抗癌药物与核酸作用的机理,并应用于小分子作为光谱探针测定蛋白质、核酸构象的变化。傅里叶变换红外光谱法主要应用于蛋白质二级结构的测定,运用傅里叶自卷积将重叠的酰胺带进行处理,获取蛋白质二级结构的含量信息,从而使傅里叶变换红外光谱法成为揭示蛋白质构象变化的重要工具。     

二维傅里叶变换光谱实验方法简介

二维傅里叶变换光谱是近几十年来发展起来的一种先进光谱技术. 与其他超快光谱方法相比，它具有许多优点，并且为研究各种复杂系统提供了巨大的机会. 然而，二维傅里叶变换光谱的系统搭建、实验测量和理论描述仍面临许多挑战，从而限制了其广泛应用. 近年来，随着超快激光等各种相关技术的发展和革新，二维傅里叶变换光谱方法也逐渐发展成熟，进而大大降低了进行二维傅里叶变换光谱实验的技术壁垒. 对于二维傅里叶变换光谱实验装置的光学设计，目前存在许多不同的方法，每种方法都有其自身的优点和局限性. 但是目前还没有一个简单的教程可以帮助实验工作者选择搭建其第一套二维傅里叶变换光谱实验装置. 因此，本文旨在为计划搭建其第一套二维傅里叶变换光谱实验装置的初学者提供一个简短的介绍.     

胆结石中蛋白质的傅里叶变换红外光谱和表面增强拉曼光谱研究

用氯仿、乙醚、乙醇和盐酸等溶剂溶解一组人体胆结石，获取难溶物；用傅里叶变换红外光谱和表面增强拉曼光谱对难溶剩余物进行研究。结果显示，结石难溶物主要由胆红素盐和蛋白质组成，结石中的蛋白质的二级结构以α螺旋和无规卷曲构象为主，其中α螺旋构象成分较多。讨论了蛋白质在胆结石形成中的作用。     

常见野生蘑菇的红外光谱及其二维相关红外光谱的鉴别

采用傅里叶变换红外光谱结合相关性分析、二阶导数谱和二维相关谱对13种常见野生蘑菇进行鉴别研究。结果显示13种野生蘑菇的红外光谱光谱特征相似,主要由蛋白质、多糖的吸收组成,13种样品的相关系数最小为0.779,最大值为0.960。在1 700~1 400和1 400~800 cm-1范围的二阶导数光谱中,各样品吸收峰的强度、位置和形状均有明显差异。二维相关红外光谱在1 380~1 680 cm-1范围的强自动峰整体相近,但自动峰和交叉峰位置、形状存在差异;在920~1 230 cm-1的范围,各样品的自动峰和交叉峰的数量、强度和位置差异明显。结果表明傅里叶变换红外光谱结合相关性分析、二阶导数谱和二维相关谱有望发展为区分不同种类蘑菇的快速方法。     

自然老化谷类种子的二维红外光谱研究

种粮老化影响种子活力及粮食品质。利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR),二阶导数红外光谱(SD-IR)和二维相关红外光谱(2D-IR)方法对不同储藏年份的大麦,小麦,稻谷,玉米和高粱种子进行区分研究。结果显示,原始光谱中几个峰强比有差异;在二阶导数红外光谱中,不同储藏年份种子在1 800～800 cm-1范围内的吸收峰强度和形状显示出差异。二维相关红外光谱结果显示：大麦在1 350～1 800 cm-1,小麦,稻谷,玉米和高粱在860～1 690 cm-1范围内有明显差异,随储藏年份增加,自动峰和交叉峰的数目减少,强度减弱。结果表明,应用傅里叶变换红外光谱结合二维相关红外光谱能有效快速地区分不同储藏年份的谷类种子。     

健康人体乳腺傅里叶变换红外光谱特征参数分析

通过应用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)的中红外光导纤维并联合衰减全反射探头(ATR)对招募的200名女性健康志愿者的右侧乳腺外上限部位皮肤进行扫描采集相应的傅里叶变换红外光谱,由此共获取200条正常人体乳腺的傅里叶变换红外光谱图。进一步对所得的200条正常人体乳腺傅里叶变换红外光谱图中与脱氧核糖核酸、核糖核酸、蛋白质、脂类、糖类等生物化学成分相关的12条特征谱带进行分析研究,并对这些特征谱带的峰位(P)、峰强(I)、半高宽(F)等36个特征性红外光谱参数进行统计学分析,同时计算相应特征红外光谱参数的90%正常参考值范围、均值、标准差等数值。研究结果首次对正常人体乳腺傅里叶变换红外光谱图相关特征光谱参数的数据建立了正常参考范围,同时为傅里叶变换红外光谱技术进一步实现其在乳腺良恶性疾病诊断方面无创、快速、高效的特有临床应用价值提供相应的理论依据。     

多维傅里叶变换光谱

二维或多维傅里叶变换谱的概念最早是在核磁共振(NMR) 谱学中提出的,随着激光技术 的发展,飞秒脉冲激光的实现使多维傅里叶变换谱的概念被引入到了光学领域,以脉冲激光代 替NMR 中的射频(RF) 场,激光波长从红外延伸到可见光波段。多维傅里叶变换光谱可以同时 提供的信息包括量子态上布居数以及量子态间的耦合,所以多维谱可以提供一维谱所无法获取的 反映量子系统演化动力学的信息,如量子系统中的能量转移以及分子间的相互作用等。人们使用 多维傅里叶变换光谱的方法对碱金属原子、量子阱、分子等量子系统中的动力学过程进行了一系 列的研究。     

傅里叶变换光谱成像仪光谱传递函数研究

根据光学传递函数理论,定义了光谱成像仪的光谱传递函数. 针对基于Michelson干涉仪的时间调制傅里叶变换（FT）光谱成像仪,基于Sagnac干涉仪、Fresnel干涉仪、Lloyd干涉仪的空间调制FT光谱成像仪,推导出相应的光谱调制传递函数和光谱相位传递函数解析表达式,并分析了其物理意义. 光谱传递函数为评价相应光谱成像仪在光谱域的性能提供了一种量化的判据. 与空间域的光学传递函数相结合,成为反映光谱成像仪综合性能的客观依据. 关键词： 傅里叶变换 光谱成像仪 光谱传递函数     

几种花粉的傅里叶变换红外光谱研究

本文利用傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)对7种植物[玉兰、香水百合、天竺葵(粉红,红色)、兰花、菊花、马蹄莲]花粉进行了研究.结果显示.花粉样品的红外光谱主要由蛋白质、多糖、脂类物质的特征吸收峰组成.不同种花粉的红外光谱的差异表现为脂类物质的特征吸收峰强度的变化.多糖特征吸收峰峰形的区别,以及蛋白质和多糖的特征峰强度比的不同.不同颜色的天竺葵光谱差异较小,仅脂类特征吸收峰略有差异.研究表明,利用红外光谱建立数据库,有可能依据花粉的傅里叶变换红外光谱鉴别植物.     

应用SRCD和FTIR分析超高压处理对蘑菇多酚氧化酶二级结构的影响

应用同步辐射紫外真空圆二色光谱(SRCD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和荧光光谱研究了超高压(HHP)处理对蘑菇多酚氧化酶(PPO)二级结构和三级结构的影响。HHP处理使蘑菇PPO的α-螺旋含量明显减少,二级结构发生改变。通过SRCD光谱和FTIR光谱分析得出的未处理或HHP处理蘑菇PPO的二级结构含量均存在一定的差异,这种差异可能是由于测量温度、酶液浓度和分析方法等多种因素造成的。荧光光谱表明,HHP处理后,蘑菇PPO溶液荧光光谱的强度降低,最大发射峰发生了红移,表明HHP处理改变了蘑菇PPO分子的三级结构。     

Developing VUV spectroscopy for protein folding and material luminescence on beamline 4B8 at the Beijing Synchrotron Radiation Facility

The new 4B8 beamline provides UV–VUV light in the wavelength range from 360 to 120 nm. It uniquely enables two kinds of spectroscopy measurements: synchrotron radiation circular dichroism spectroscopy and VUV excited fluorescence spectroscopy. The former is mainly used in protein secondary structure studies, and the latter in VUV excited luminescent materials research. Remote access to fluorescence measurement has been realised and users can collect data online. Besides steady‐state measurements, fluorescence lifetime measurements have been established using the time domain method, while a laser‐induced temperature jump is under development for protein folding dynamics using circular dichroism as a probe.     

Structural changes induced in proteins by therapeutic ultrasounds

The structural effect induced by therapeutic ultrasound on proteins in aqueous solution has been investigated with FTIR spectroscopy, UV–VIS spectroscopy, circular dichroism and light scattering. Six proteins (cytochrome, lysozyme, myoglobin, bovine serum albumin, trypsinogen, and α-chymotrypsinogen A) with different molecular weight and secondary structure have been studied. The experiment has been performed using an ultrasound source at resonant frequency of 1 MHz and sonication times of 10, 20, 30, 40, 50, and 60 min. A different behaviour of proteins under sonication depends on the dominant secondary structure type (α-helix or β-sheets) and on the grade of the ordered structure. The results suggest that the free radicals, produced by water sonolysis, have an important role in the changes of structural order.     

Synthesis and characterization of β-cyclodextrin/fraxinellone inclusion complex and its influence on interaction with human serum albumin

Aqueous solubility is one of the key determinants in developing new chemical entities as drugs. In this study, to improve the solubility of fraxinellone, a novel β-cyclodextrin/fraxinellone inclusion complex was prepared and characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, X-ray diffraction, and elemental analysis. Moreover, the influence of inclusion of small molecule by cyclodextrins on its binding with transporter in human body is essential for drug development. For the first time, we report the interaction of fraxinellone and its inclusion complex with human serum albumin. Fluorescence quenching of albumin by fraxinellone and its inclusion complex is a static process through complex formation. The results indicated that β-cyclodextrin did not affect the binding force and site of fraxinellone to the protein. Furthermore, circular dichroism showed that both fraxinellone and its inclusion complex induced a significant change in the secondary structure of human serum albumin.     

荧光光谱法和分子模拟技术研究考马斯亮蓝G-250与牛血清白蛋白的相互作用

采用多种光谱技术结合圆二色谱技术研究了考马斯亮蓝G-250(CBBG-250)相互作用于牛血清白蛋白(BSA),探究了两者之间的作用机理。荧光光谱结果表明BSA与CBBG-250结合形式是静态猝灭,随CBBG-250浓度增加,其形成常数随温度逐渐减小,结合比为1∶1,根据Stern-Volmer曲线计算焓变值(ΔH)和熵变值(ΔS)分别为-4.38kJ·mol~(-1)和-6.16J·mol~(-1)·K~(-1),均小于零,证明该过程是一个自发过程。傅里叶红外光谱测定结果表明CBBG-250的加入引起BSA结构的变化,随着CBBG-250溶液浓度的增加,BSA中色氨酸微环境极性被改变,在1 600~1 700cm~(-1)(酰胺带Ⅰ)和1 600~1 500cm~(-1)(酰胺带Ⅱ)处的特征吸收带蓝移。其中1 650cm~(-1)移动至1 710cm~(-1),1 544cm~(-1)移动到1 573cm~(-1),显示BSAα-螺旋(1 650~1 658cm~(-1))和β-折叠(1 620~1 640cm~(-1),1 675cm~(-1))结构发生变化,且α-螺旋含量比结合前有所降低。圆二色谱分析结果表明,两者间通过氢键和范德华力为主的作用力使得BSA二级结构发生变化,α-螺旋含量由42.15%下降至1.27%,该结果进一步被分子建模对接技术证明。     

应用红外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处理,利用红外光谱法研究电场对超氧化物歧化酶二级结构的影响。结果表明,经不同电场强度处理的超氧化物歧化酶(SOD),其二级结构单元百分含量有不同程度的变化。α-螺旋和β-折叠结构单元在电场处理后,均为减少;β-转角结构单元均为增加;无规卷曲结构单元除4.0 kV·cm-1电场处理条件减少外,其余电场处理条件均为增加。电场处理具有使超氧化物歧化酶的α-螺旋、β-折叠向β-转角和无轨卷曲结构转化的作用,且不同电场条件下其转化情况不同。研究结果还表明,电场的作用使SOD活性发生改变,SOD活性变化与β-折叠含量变化相关。     

光诱导细胞色素b5还原反应及机理的光谱学研究

在生命体内有关电子转移的研究备受关注,其中蛋白质以及酶之间的电子转移研究已成为热点,目前有关光诱导血红素蛋白还原的详细机理尚不明确,电子转移也许是解释这一机理的有效途径。通过紫外-可见吸收光谱、稳态荧光光谱和圆二色等光谱系统地研究了体外近生理溶液环境中,不同的紫外定波长、pH、游离氨基酸、谷胱甘肽、咪唑对Cyt b₅光照还原的影响,以阐明Cyt b₅不能用传统提出的机制去解释的光还原机制。结果表明: 在近紫外区通过直接的光激发高铁细胞色素b₅ (Cyt b₅)可以使其被还原成亚铁Cyt b₅,经过分析发现了Cyt b₅被光还原的机制和促进条件。用280 nm单色光照射Cyt b₅溶液,发现随着光照时间的延长,Cyt b₅溶液紫外-可见光谱中Soret带由412 nm红移到421 nm,Q带556 nm处吸收峰逐渐增强。Cyt b₅被光照后发生了类似化学还原剂作用的还原反应,同时发现了不同的光照波长、不同的pH、氨基酸种类以及各种其他配体等存在下对Cyt b₅的还原程度影响不同。采用280 nm波长、在偏碱性条件下光照Cyt b₅时还原程度最强;溶液中加入谷胱甘肽和咪唑能通过提供电子和氢供体途径促进Cyt b₅的光照还原反应发生;溶液中游离Met的存在能以最大速率促进光照还原反应的发生。基于以上结果提出Cyt b₅光还原的机理是从卟啉环到三价铁的电子转移,通过280 nm激发形成卟啉π阳离子基团和亚铁。采用稳态荧光光谱和圆二色谱对Cyt b₅光照还原发生前后进行检测,发现光诱导蛋白发生还原后,Cyt b₅主链结构逐渐伸展,二级结构发生了一定改变,α-螺旋含量逐渐降低,β-折叠含量逐渐升高,但是整个Cyt b₅的二级结构仍以α-螺旋为主。该研究结果不仅对了解光对含血红素蛋白（酶）的结构和功能的影响有重要的理论和实践意义,而且对于生命体内的氧化还原反应和电子传递机制提供一定理论依据。     

Synchrotron radiation circular dichroism spectroscopy: vacuum ultraviolet irradiation does not damage protein integrity

Synchrotron radiation circular dichroism (SRCD) spectroscopy is an emerging technique for sensitive determination of protein secondary structures and for monitoring of conformational changes. An important issue for its adoption as a useful technique is whether the high-intensity low-wavelength vacuum ultraviolet radiation in the SRCD chemically damages proteins. In this paper, using horse myoglobin as a test sample, it is shown that extensive irradiation in the SRCD does not produce any change in the chemical nature of the protein as detected by either SDS gel electrophoresis or mass spectrometry. In addition, no changes in the protein secondary structure are detectable from the SRCD spectra after extensive exposure to the SRCD beam.     

FTIR和Raman用于盐酸曲马多的结构分析

采用AVATAR 360型傅里叶变换红外光谱仪和RM-1000型激光共聚焦拉曼光谱仪测定盐酸曲马多的红外光谱和拉曼光谱。拉曼光谱和红外光谱中均显示出了盐酸曲马多的特征峰,都能够用于其结构鉴别。采用红外、拉曼光谱这两种方法互相印证,互相补充,可增强鉴定的准确性、可靠性。     

The secondary structure of heated whey protein and its hydrolysates antigenicity

Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR) and circular dichroism(CD) were used to investigate the conformational changes of heated whey protein(WP) and the corresponding changes in the hydrolysates immunoreactivity were determined by competitive enzyme-linked immunosorbent assay(ELISA).Results showed that the contents of α-helix and β-sheet of WP did not decrease much under mild heating conditions and the antigenicity was relatively high;when the heating intensity increased(70 ℃ for 25 min or 75 ℃ for 2...