拉曼光谱法研究1,3-二甲基脲溶液中的相互作用

尿素类化合物在生命科学领域中有非常重要的作用,其独特的化学结构可与水等其他氢键给体材料形成氢键。氢键是生命分子体系中较常见和重要的分子间弱的相互作用,振动光谱方法为分子间氢键相互作用的研究提供有力的测量手段,其中拉曼光谱为研究水溶液中氢键形成和变化规律提供了可能。测得了1,3-二甲基脲(DMU)晶体的拉曼光谱,利用密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311G**水平上对气态单体DMU进行结构的优化,并结合文献对拉曼光谱的谱线进行了归属认证。然后测得了1,3-DMU与水二元体系的拉曼光谱。相比与DMU晶体,当DMU分子溶于水后,水-DMU氢键相互作用将取代DMU-DMU分子间相互作用,导致氮原子杂化方式由sp2向sp3杂化转变。由此溶解过程中DMU分子的骨架从平面结构变成了非平面结构。     

大豆硒蛋白构象的光谱法研究

采用荧光光谱、紫外光谱并结合红外光谱对比研究了大豆硒蛋白和大豆蛋白的结构区别,并用荧光相图法分析了脲诱导下两种蛋白的去折叠过程。考察了温度、pH值对大豆硒蛋白质构象的影响,同时对其乳化稳定性能进行了测定。结果表明,与大豆分离蛋白相比,大豆硒蛋白分子中的共价二硫键受到破坏,分子内氢键作用减弱,疏水相互作用增强,蛋白质分子发生伸展。大豆硒蛋白在溶液中只呈现“折叠”和“松散”两种状态,与大豆蛋白相比更容易被水解变性。升高温度,大豆硒蛋白溶液存在明显荧光热猝灭效应,疏水性逐渐增强,蛋白质分子趋于折叠。在pH值2.8～8.0的范围内,大豆硒蛋白的Trp残基主要分布于其分子外部的极性环境中,并随pH值变化在等电点两侧呈现不同的构象变化。在酸性环境中大豆硒蛋白较易发生从松散到折叠的构象转变,碱性条件则较有利于大豆硒蛋白以松散的结构存在。此外,基于紫外光谱数据分析了大豆硒蛋白乳化特性,结果表明降低温度有利于增强大豆硒蛋白的乳化性能,但使其稳定性能下降。     

几种光谱法研究牛血清白蛋白与胭脂红作用

采用荧光发射光谱研究了牛血清白蛋白与胭脂红相互作用的发射光谱特征,计算了不同温度下二者结合常数KA、结合位点数n、热力学参数ΔGΘ、ΔSΘ、ΔHΘ及室温下牛血清白蛋白与胭脂红的能量转移距离。结果显示,胭脂红有效猝灭牛血清白蛋白内源荧光是通过范德华力和氢键作用使牛血清白蛋白分子与胭脂红分子结合为配合物造成的;4种氨基酸（脯氨酸、精氨酸、赖氨酸和甘氨酸）的存在均能使二者结合常数下降。应用同步荧光、瑞利共振散射光谱技术表征,发现牛血清白蛋白与胭脂红相互作用后牛血清白蛋白的色氨酸和酪氨酸残基位于疏水性比较弱的区域。     

核黄素在不同极性溶剂中的光谱特性研究

实验测得核黄素在水、二甲基亚砜(DMSO)和三氯甲烷三种不同极性溶剂中的稳态吸收光谱、荧光光谱和时间分辨荧光光谱,研究了溶剂对核黄素光谱性质的影响。实验结果表明,在不同极性的溶剂中,核黄素的吸收峰位置几乎不变,而荧光光谱峰值随着溶剂极性的增大而出现红移。这是由于溶质分子的电子激发及溶剂化效应引起的电子重新分布导致它在极性溶剂中第一激发单重态能级的变化。在时间分辨荧光光谱实验中,核黄素在水溶液中荧光寿命也高于在其他两种溶剂中,荧光寿命的延长可归因于核黄素与氢键对体溶剂之间的分子间氢键相互作用。应用Gaussian09软件,采用密度泛函理论和含时密度泛函理论,结合基于密度的溶剂化模型,对不同极性溶剂中的核黄素分子进行基态和激发态优化和计算。通过前线分子轨道分析,核黄素的受激跃迁属于苯环和含氮杂环上的π电子向苯环及C N,C O共轭双键的反键轨道π*的跃迁。分子偶极矩的计算结果表明,核黄素分子的第一激发态偶极矩大于基态偶极矩,偶极矩的增大,导致溶质与溶剂分子之间的相互作用的增大。而溶剂分子与溶质分子基态和激发态的相互作用程度不同,使得吸收峰和荧光峰出现不同变化情况。极性越大的溶剂越有利于对激发态的稳定作用,使激发态能量降低,相应的发射波长发生红移。最后,通过分子表面静电势和弱相互作用分析,在水溶剂中考虑氢键作用对核黄素分子光谱的影响。多聚体结构的理论吸收和发射峰值更接近实验结果,说明多聚体结构合理。水分子二聚体与核黄素形成的环状结构,有利于提高核黄素分子的刚性,有利于荧光的发射,减少非辐射跃迁的几率,荧光寿命延长。     

分子印迹聚合反应中致孔剂选择的紫外光谱分析

在制备分子印迹聚合物的过程中,模板分子与功能单体的结合程度直接影响到分子印迹聚合物的吸附性能,适宜的致孔剂对模板分子与功能单体之间的作用力影响巨大.采用紫外光谱分析法,研究了模板分子香兰素与功能单体丙烯酰胺(AM)在3种致孔剂乙腈、四氢呋喃和乙酸乙酯中相互作用力的大小.实验结果发现,香兰素与AM在乙腈致孔剂中,227nm处的紫外吸收峰发生蓝移,蓝移5nm,且吸收峰增强,表明两者之间发生较强的氢键作用力;而它们在另两种致孔剂中作用力很微弱.因此,加入功能单体后光谱改变越大分子间作用力越强,由此制备的分子印迹聚合物的吸附性能越好.     

不同构型罗丹明分子拉曼光谱的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论研究了罗丹明6G、罗丹明123和罗丹明B分子的拉曼光谱. BP86泛函计算的罗丹明系列分子的阳离子在气相中的拉曼光谱与相应的分子在水溶液中的实验光谱符合很好. 结果显示氯离子以及氢键的引入对罗丹明B分子的拉曼光谱有较明显的影响,该影响可以部分地解释罗丹明B分子在水溶液中和在金表面上拉曼光谱的不同. 精确描述罗丹明分子在金属表面的表面增强拉曼光谱,需要考虑由界面相互作用而导致的变化.     

FTIR光谱快速鉴别刺梨黄酮的研究

采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析了新鲜野生刺梨果肉、烘干刺梨果肉以及室温存放数日后刺梨果肉的红外光谱特性。为对比新鲜果肉与烘干果肉样品中刺梨黄酮的红外光谱特性,以新鲜野生刺梨果实为研究对象,分别采用了超声辅助溶剂萃取法和超声结合酶辅助半仿生法提取刺梨黄酮。并使用无水乙醇作为超声辅助溶剂萃取法的萃取剂萃取刺梨黄酮,以及使用胃蛋白酶,胰酶和胆汁等模仿胃肠消化的环境,在模拟半仿生条件下提取刺梨黄酮。在两种提取方法中,新鲜果肉和烘干果肉分别反应了0,0.5,1,1.5,2和2.5 h。分别测定了新鲜果肉刺梨黄酮和烘干果肉刺梨黄酮的红外光谱数据。然后,通过分析刺梨黄酮的红外光谱特性,比较了两种方法所提取刺梨黄酮的最佳特征波长组合,得知在相同的反应条件下,反应时间为1.5 h时,超声辅助溶剂萃取法中新鲜果肉与烘干果肉提取物红外光谱对应的透射率强度分别为83.5%和84%;超声结合酶辅助半仿生法中新鲜果肉与烘干果肉提取物红外光谱对应的透射率强度分别为32%和38%。因此,结合郎伯-比尔定律可知,反应时间相同时,对于刺梨黄酮的提取,超声结合酶辅助半仿生法优于超声辅助溶剂萃取法。除此之外,我们发现随着反应时间延长,两种提取方法所获提取物的红外光谱吸收峰强度均呈上升趋势,但是反应2 h后该提取物的红外光谱吸收峰强度趋于平稳。结果表明,刺梨黄酮在3 419 cm-1（羟基O-H伸缩振动）、1 615 cm-1（羰基C═O键伸缩振动）和1 053 cm-1（烷基）处的红外吸收峰对刺梨的新鲜程度具有较好的识别效果;通过比较分析,新鲜果肉与室温存放数日后果肉中的刺梨黄酮物质的红外光谱吸收峰分别与槲皮素和山奈酚吸收峰波数一致;在相同实验条件下,两种提取方法中烘干果肉刺梨黄酮提取物浓度均高于新鲜刺梨果肉。该研究可为刺梨功能化药品和食品的制作及鉴定提供参考。     

有机官能团的太赫兹光谱特征研究

采用傅里叶远红外光谱仪(FTIR),在室温条件下测量了多种饱和直链有机小分子的太赫兹光谱。测试结果显示,有机官能团的差异导致有机物的太赫兹光谱特征显著不同。其中,有机物的晶格振动吸收峰和分子间氢键的振动吸收峰分别位于太赫兹高频和低频波段。而且,饱和直链一元醇的—OH官能团产生的分子间氢键的特征峰位于57 cm-1,而三十烷酸的—COOH官能团产生的分子间氢键的特征峰则位于74 cm-1。分子间氢键使三十烷醇和三十烷酸对太赫兹辐射的吸收能力明显地强于三十烷烃。相比于三十烷醇,三十烷酸的太赫兹特征峰还发生有规律的红移和蓝移现象。此外,还采用密度泛函理论B3LYP/6-311G(d, p)基组对饱和直链烷烃、烷醇和烷酸的太赫兹光谱进行了仿真计算,发现分子间氢键作用越强的有机物的单体分子的仿真结果与实测光谱的吻合程度越低。二聚体结构的仿真结果与实测光谱的吻合程度明显地高于单分子结构。研究结果对利用FTIR研究其他有机官能团的太赫兹光谱特征、探索有机分子内部的振动模式、探究有机物太赫兹响应的物理原理及器件应用等具有重要意义。     

丝素蛋白在甲醇-水混合溶剂中构象变化的光谱学研究

应用圆二色谱、内源荧光和外源荧光探针研究了丝素蛋白在甲醇-水混合溶剂中的构象变化及机理。结果显示,在浓度低于30%(V/V)的甲醇-水混合溶剂中,处于无规卷曲状态的丝素蛋白可以通过疏水相互作用形成小的疏水区域,随着甲醇浓度的增加,丝素蛋白发生由无规卷曲向β-折叠的构象转变,削弱了疏水侧链的相互作用。分析表明,丝素蛋白的构象变化与溶剂体系的微观结构密切相关,其稳定性主要由肽键单元与混合溶剂中的分子簇之间的相互作用决定。低浓度的甲醇-水混合溶剂保持水固有的氢键结构,对丝素蛋白肽键单元的溶剂化和丝素蛋白构象的影响较小,而随着甲醇浓度的增加,溶剂结构出现由四面体结构的水分子簇向链状结构的甲醇分子簇的转变,丝素蛋白通过形成分子内氢键减少肽键单元与溶剂分子的接触,从而引发丝素蛋白的构象转变。     

变温过程中二甲基亚砜与水之间氢键行为的拉曼光谱研究

测量了在降温过程中体积比为1∶1的二甲基亚砜(DMSO)水溶液的拉曼光谱,并对DMSO水溶液的拉曼光谱进行了归属。对实验数据进行分析发现: 在降温过程中DMSO分子与水分子的分子间氢键、DMSO分子与DMSO分子和水分子与水分子间氢键的作用行为引起了DMSO的SO双键和水分子的O—H键的拉曼谱带的变化。进一步分析表明：在27～-30 ℃降温过程DMSO与水之间氢键加强,-30～-60 ℃降温过程水与水之间氢键代替DMSO与水之间的氢键。这为丰富水溶液的氢键理论提供了实验依据。     

Fluorescent analysis of interaction of flavonols with hemoglobin and bovine serum albumin

We have studied the fluorescent properties of flavonols (quercetin, fisetin, morin, rutin) with the aim of studying possible interaction with hemoglobin and bovine serum albumin (BSA). We observed an increase in the intensity of intrinsic fluorescence for all the flavonols except rutin in the presence of BSA. From the changes in the fluorescence spectra, we concluded that tautomeric forms are formed on interaction with hemoglobin. We determined the interconnection between the structure of related flavonols and their fluorescent properties on interaction with proteins, and we determined the binding constants for binding with BSA and hemoglobin. __________ Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 74, No. 5, pp. 659–664, September–October, 2007.     

光谱法比较木犀草素及槲皮素与牛血清白蛋白相互作用

在模拟生理pH条件下,采用荧光光谱、紫外-可见吸收光谱、同步荧光光谱和圆二色谱法研究木犀草素及槲皮素与牛血清白蛋白（BSA）的相互作用的异同.结果确定木犀草素及槲皮素对BSA的荧光猝灭是以静态猝灭为主,同时伴随非辐射能量转移猝灭.木犀草素结合BSA的位点与荧光发射基团的距离比槲皮素的小.结合常数Ka表明二者与BSA的结合都属于强的非共价键结合,且结合位点数都约为1.二者均主要通过氢键和范德华力与BSA作用.二者都能影响BSA的酪氨酸残基附近环境的极性,且高浓度下能够引起BSA构象轻微地改变.结果表明黄酮C环上3位羟基的引入会降低其对BSA的亲和力.     

Studies on interaction between flavonoids and bovine serum albumin by spectral methods

The interaction between three kinds of flavonoids and bovine serum albumin (BSA) was investigated by fluorescence and UV-vis absorption spectrometry. The results indicated that flavonoids have strong ability to quench the intrinsic fluorescence of BSA by forming complexes. The binding constants, number of binding sites, thermodynamic parameters and energy transfer mechanisms were also investigated. Conformation change of BSA was observed from synchronous, three-dimensional fluorescence and circular dichroism spectrum.     

荧光光谱法研究黄豆黄素与牛血清白蛋白的相互作用

用荧光光谱法在pH 7.4的PBS中研究了黄豆黄素(Glycitein,GL)与牛血清白蛋白(Bovine serum albumin,BSA)分子之间的相互作用方式及机理.结果表明GL可静态猝灭BSA的内源荧光.310K和315K的结合位点数与表观结合常数分别为1.30,8.09×104L·mol-1和1.73,5....     

Binding Interaction of Dopamine with Bovine Serum Albumin: A Biochemical Study

The binding interaction of bovine serum albumin (BSA) with dopamine was studied by different spectroscopic techniques, and a fluorescence quenching mechanism was associated with this process. Estimated thermodynamic parameters indicated the presence of hydrogen bonding and van der Walls forces between dopamine and BSA. The microenvironment of the protein-binding site was studied by the synchronous fluorescence, FT-TR, and three-way fluorescence techniques in the presence of dopamine, and changes in conformation were indicated within the binding cavity. This study provides useful information on the transportation and distribution of dopamine in proteins.     

不同巯基试剂修饰的CdTe量子点与BSA相互作用研究

修饰试剂对量子点的合成、性质具有重要的影响,但目前有关修饰试剂对量子点与蛋白质间相互作用的影响尚不清楚。采用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱及红外光谱研究了3种巯基化合物(巯基乙酸,TGA;L-半胱氨酸,L-Cys;还原型谷胱甘肽,GSH)修饰的CdTe量子点与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用。通过Stern-Volmer方程对数据进行了分析,得到了不同CdTe量子点与BSA相互作用过程的ΔHθ,ΔGθ和ΔSθ,并比较了CdTe量子点的不同修饰剂对BSA荧光猝灭的影响。研究结果表明,3种修饰试剂包覆的CdTe量子点与BSA的相互作用均为静态猝灭过程,猝灭常数KSV(L-Cys)KSV(TGA)≈KSV(GSH);TGA和L-Cys修饰的CdTe量子点与BSA的结合力主要为疏水作用力,而GSH修饰的量子点与其结合力既有氢键作用力又有疏水作用力;这些结果说明量子点与BSA的作用过程与量子点表面修饰试剂的类型有关。     

光谱法研究稀土离子钇(Ⅲ)与牛血清白蛋白的相互作用

用荧光光谱和紫外-可见吸收光谱研究了稀土金属离子Y3+与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用。实验结果发现:Y3+对BSA的紫外吸收光谱具有增强作用,而对荧光光谱具有较强的荧光猝灭作用且峰位明显蓝移20～25 nm。用Stern-Volmer方程分别对实验数据进行分析,得出结论:Y3+对BSA的荧光猝灭作用是属于静态荧光猝灭,Y3+与BSA反应生成了新的复合物,发生了分子内的非辐射能量转移。求得相互作用过程的结合常数(KA)和热力学参数(ΔΗ、ΔS、ΔG),确定了它们之间的主要作用力是范德华力、氢键等,但静电作用力也不可忽略。同步荧光光谱法表明Y3+对牛血清白蛋白的构象有影响。     

槲皮素与牛血清白蛋白相互作用的研究

利用荧光光谱(FS)和紫外光谱(UV)法研究了槲皮素与牛血清白蛋白之间的相互作用。结果表明,静态猝灭和非辐射能量转移是导致槲皮素对BSA荧光猝灭的两大原因,槲皮素与BSA的结合常数K_A为2.8×108(26 ℃)和3.1×108(36 ℃),结合位点数为1.76±0.01,根据Frster非辐射能量转移理论得到槲皮素与BSA之间的结合距离为3.25 nm (26 ℃)和3.30 nm(36 ℃),表明槲皮素的部分片段可以插入BSA分子内部。通过计算热力学参数,可知该药物与蛋白的相互作用是一个熵增加和吉布斯自由能降低的自发过程,并由此推断槲皮素与BSA之间的作用力是以疏水相互作用为主。     

荧光光谱法结合分子对接研究人血清白蛋白 对齐墩果酸与熊果酸的异构体识别作用

五环三萜化合物齐墩果酸(OA)与熊果酸(UA)为同分异构体,具有相似的理化性质和稍有差异的药理活性。目前人们主要采用各种色谱、质谱类方法实现对OA与UA的异构体识别,未见使用荧光光谱法的报道。提出了一种使用荧光猝灭法实现对OA与UA异构体识别的方法。首先考察了两种常见的血清蛋白-牛血清白蛋白(BSA)与人血清白蛋白(HSA)同OA与UA的作用情况,结果表明OA与UA均可有效地猝灭BSA与HSA的荧光发射。对所得荧光猝灭数据计算可知OA,UA与BSA,HSA作用的双分子猝灭速率常数(K_q)均远大于生物大分子荧光猝灭所观察到的最大散射碰撞速率常数2.0×1010 L·(mol·s)-1,说明猝灭类型均为静态猝灭,即OA与UA均是通过与BSA及HSA形成稳定复合物方式实现荧光猝灭的。应用双对数方程对所得荧光猝灭数据计算可知OA,UA与BSA,HSA所形成的复合物中结合位点数在0.90～1.26之间,说明所形成的复合物为1∶1型。BSA与OA,UA所形成复合物的表观结合常数(K_A)为同一数量级,相差不大,但是HSA与OA,UA所形成复合物的K_A差别很大,HSA-UA复合物的KA比HSA-OA复合物高124.91倍,表明HSA-UA复合物的稳定性更强。同步荧光实验结果显示,OA与UA的加入对于HSA波长差(Δλ)为60 nm同步荧光光谱的影响大于Δλ为15 nm的同步荧光光谱,由此可以说明OA与UA在HSA上的结合位点可能位于Trp残基附近。分子对接模拟计算结果表明OA与UA均对接在HSA结构中一个疏水性空腔中,主客体之间存在强烈的氢键与疏水作用。OA同Arg218,His242,Pro447等残基间存在氢键作用,键长分别为2.95,2.97与3.17 Å,此外还与Lys195,Lys199,Trp214,Arg222,Leu238,Asp451和Tyr452等七个氨基酸残基间存在疏水作用。UA同Trp214,Arg218和Lys444等残基存在氢键作用,键长分别为3.01,2.88与2.65 Å,此外还与Leu198,Gln221,Arg222,Asn295,Val343,Pro447,Cys448,Asp451和Val455等9个氨基酸残基间存在疏水作用。由于UA同HSA作用位点数目多于OA,说明UA与HSA疏水性空腔的空间匹配程度更高。因此,认为HSA-UA与HSA-OA复合物间稳定性差异是HSA实现对OA与UA异构体识别的原因。     

The Interaction of Polyphenol Flavonoids with β-lactoglobulin: Molecular Docking and Molecular Dynamics Simulation Studies

The interaction of quercetin, quercitrin, and rutin, as natural polyphenolic compounds, with β-lactoglobulin (BLG) using molecular docking and molecular dynamics simulation methods was examined. Molecular docking studies showed that quercetin and quercitrin were bounded to the internal cavity of protein, while rutin was bounded to the entrance of the cavity because of its large structural volume. It was found that there were one-, three-, and four-hydrogen bond interactions between BLG and quercetin, quercitrin, and rutin respectively. This showed that with an increase in the number of OH groups in the flavonoid structure, there was an increase in the number of hydrogen bond interactions. The binding constants for the binding of quercetin, quercitrin, and rutin to BLG were 1.2 × 10⁶, 1.9 × 10⁶, and 7.4 × 10⁴ M^?1 respectively. The results of molecular dynamics simulation showed that the root mean square deviation (RMSD) of non-liganded BLG and BLG–ligand complexes reached equilibration after 3500 ps. The study of the radius of gyration revealed that BLG and BLG–ligand complexes were stabilized around 2500 ps, and unlike the two other complexes, there was no conformational change for BLG–quercetin. Finally, analyzing the RMS fluctuations suggested that the structure of the ligand binding site remained approximately rigid during simulation.