FTIR用于变性蛋白质二级结构的研究进展

蛋白质是最重要的生命物质之一,有关蛋白质的各类研究也是人们比较感兴趣的课题。蛋白质的二级结构在维持蛋白质生理活性过程中发挥着重要的作用。随着科技的发展和研究方法的改进,对变性蛋白质微观结构的研究也越来越深入。近年来,国内外学者利用各种物理和化学方法对其作了大量的工作,而傅里叶红外光谱法(FTIR)以其独特的优越性,在研究蛋白质二级结构中发挥着不可替代的作用。文章就这方面的研究进行了初步概述,重点介绍了变性蛋白质二级结构的红外光谱学研究内容、谱学特点及其分析方法的研究进展。     

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。     

温度对交联聚氨酯脲弹性体结构与性能的影响

采用“原位”变温ＦＴＩＲ研究了温度对交联聚氨酯脲结构的影响。结果表明：随着温度的升高,氢键化的ＮＨ振动的谱带面积逐渐变小、游离的ＮＨ振动的谱带面积逐渐增加;氢键化的ＮＨ基团的振动吸收位置由低波数逐渐移向高波数,游离的ＮＨ振动的吸收位置保护不变;所有羰基的振动吸收位置均向高波数移动;酰胺Ⅱ谱带及萃环中的大π键的变形振动则移向低波数。聚氨酯脲弹性体的力学性能决定于其;软段区的形态结构。     

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。     

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。     

锶原子二级Doppler冷却及温度的测量

为了减小锶原子跃迁谱线的多普勒增宽及频移,需要对锶原子进行激光冷却以降低它的速度,而一级冷却只能将原子温度降低至mK量级,这样的原子其速度过大而无法有效地装载至光晶格中,因此必须进行二级冷却.锶原子存在单重态与三重态(5s2)1S0-(5s5p)3P1间互组跃迁,利用与其跃迁波长在689 nm的窄线宽激光对锶原子进一步冷却,可将锶原子团温度降低至μK量级.利用时序有效、准确地控制磁场和光场与原子相互作用时间,通过飞行时间法对锶冷原子温度进行了测算.实验中应用计算机精确控制磁光阱区域中冷原子团下落时间,EMCCD记录冷原子团初始时刻和下落20 ms后的状态.经过分析计算二级冷却温度为4.39 μK,不确定度仅为0.19 μK,二级冷原子团数目约为1.2×10 7.低温二级冷却锶原子温度及原子数目的获得为锶光钟跃迁信号的信噪比估计提供实验参考,也是实现高精度时间频率标准的前提.     

FTIR法研究核糖核酸酶（RNaseA）二级结构随温度的变化

本文利用ＦＴＩＲ法研究了牛胰核糖酸酶（ＲＮａｓｅＡ）二级结构随温度的变化。结果表明，α－螺旋结构随温度的变化较大，β－折叠的结构变化是一个比较复杂的过程。     

FT-Raman光谱对蛋白质二级结构的定量分析

采用ＦＴ－Ｒａｍａｎ光谱仪对蛋白质样品进行了多次扫描,以去卷积谱,二阶及四阶导数谱为参考确定各子峰峰位。采用酰胺Ｉ带的原始谱图作曲线拟合,并以子峰面积表征对应二级结构含量。用所建立的方法 研究了多种蛋白质二级结构,与其他测试方法相比得到基本一致的结果。     

纤维素二级结构的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟的方法,详细研究了ˉ-纤维素的二级结构.随着糖链数量的增加,纤维素也变成螺旋型结构. 当糖链数量为6、24和36时,纤维素的结构为右手螺旋. 但是,当糖链数量为8、12、16,时,纤维素的结构为左手螺旋. 计算还表明,当糖链数量为36时,结构最稳定.     

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。     

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.     

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。     

应用圆二色光谱研究电场对辣根过氧化物酶二级结构的影响

辣根过氧化物酶(ＨＲＰ)经不同强度的电场处理,用圆二色光谱研究了电场对辣根过氧化物酶二级结构的影响。结果表明：在1.0～6.0 kV·cm-1范围, 不同强度的电场对辣根过氧化物酶的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α-螺旋、β-转角和无规卷曲含量降低,降幅范围分别为0.3%～11.4%,1.7%～15.3%和0.9%～20.4%;β-折叠含量增加,增幅范围为0.9%～82.7%。电场作用具有使辣根过氧化物酶的二级结构中α-螺旋、β-转角和无规卷曲向β-折叠转化的趋势。研究结果对解释电场处理种子生物效应具有重要意义。     

应用圆二色光谱研究电场对脂肪酶二级结构的影响

脂肪酶被不同强度的电场处理5 min,用圆二色光谱(circular dichroism, CD)研究电场对脂肪酶(Lipase)二级结构的影响。研究结果表明：在0.5～6.0 kV·cm-1范围内,不同强度的电场对脂肪酶的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。随场强的增加,各二级结构单元含量呈非单调变化。电场作用可使脂肪酶二级结构中α-螺旋、β-折叠、β-转角及无规卷曲发生转化。总体上,电场使脂肪酶的二级结构由α-螺旋、β-折叠向转角及无规卷曲转化。α-螺旋含量和β-折叠的含量降低幅度分别为4.6%～48.0%和13.2%～35.1%,β-转角含量与无规卷曲含量增加幅度分别为2.8%～33.3%和0.9%～48.1%。文章结果对研究电场处理植物种子的宏观生物效应作用机理提供了重要理论依据。     

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。     

蜂王浆不同贮存条件下蛋白质二级结构的Fourier变换红外光谱研究

蜂王浆的质量与贮存时间和温度相关。测定了在不同温度下经过不同时间贮存后的蜂王浆Fourier变换红外光谱,应用去卷积和曲线拟合方法对蜂王浆的酰胺Ⅰ带进行分析,以期得到其蛋白质二级结构的组成。结果表明：这些蜂王浆之间存在明显而有规律的光谱差异,蛋白质二级结构的组成之间也存在显著差异。随着贮存时间增加和温度升高,蜂王浆蛋白质二级结构的α-螺旋和β-折叠分别显著减少和增加,β-转角也有增加的趋势,其变化幅度为28 ℃＞16 ℃＞4 ℃＞-18 ℃。这些结果与蜂王浆应该低温保存的理论相符。FTIR红外光谱结合去卷积、二阶导数和曲线拟合方法是评价蜂王浆品质和新鲜度的一种有效方法。     

微胶囊形成过程中蛋白质二级结构变化的红外光谱分析

选用乳清蛋白、大豆分离蛋白分别与麦芽糊精共混作为微胶囊壁材,用红外光谱法研究这两种蛋白质在微胶囊形成前后的结构变化。结果表明：两种蛋白质分别与麦芽糊精共混,经过加热和喷雾干燥后,蛋白质的二级结构发生了改变,其中乳清蛋白二级结构α-螺旋含量降低1.90%,β-折叠含量增加0.89%,β-转角增加8.19%,无规卷曲减少7.18%。大豆分离蛋白二级结构α-螺旋含量降低1.64%,β-转角含量降低0.47%,β-折叠增加10.20%,无规卷曲减少了9.03%。同时,两种蛋白质的酰胺Ⅰ带均向低波数方向移动,说明在微胶囊壁结构形成过程中两种蛋白质与麦芽糊精之间发生了相互作用,形成的氢键作用力较强。利用扫描电镜观察分别用两种蛋白质作为壁材包埋大豆油脂微胶囊的表面微结构,发现使用α-螺旋含量高的乳清蛋白为壁材的微胶囊表面更光滑、完整。