毛细管电泳-原子光(质)谱联用技术在金属形态与生物分子相互作用研究中的应用

金属形态与生物分子相互作用研究对于揭示金属元素在正常生命过程、重大疾病的发生、诊断和治疗过程中的作用机理具有重要意义,发展研究金属元素形态与生物活性分子相互作用的新技术和新方法非常重要。简要总结了十余年来,在发展毛细管电泳与电热原子吸收光谱和毛细管电泳与电感耦合等离子体质谱在线联用新技术,及其在不同形态金属与生物分子相互作用机理研究方面的工作。这些工作利用毛细管电泳-原子光(质)谱联用技术不仅能够直接证明镉、锌、不同形态的汞、不同形态的锑与谷胱甘肽、DNA、人血清白蛋白、牛血清白蛋白间的相互作用,以及这些金属及其不同形态与生物分子加合物的生成,而且还能够测定相互作用的热力学参数、反应级数和动力学参数。另外,结合圆二色光谱、红外光谱光谱、拉曼光谱和X射线光电子能谱等实验手段,进一步研究了金属及其不同形态与生物分子作用对生物分子二级结构的影响及在生物分子上可能的结合位点等。     

金属稳定同位素标记生物分析进展

细胞和组织的很多特定功能都由其在不同的生理条件下的生物分子含量决定,极少数分子的改变就有可能影响细胞生物功能并触发疾病生理过程,因此高灵敏的生物分子检测技术在疾病机理研究和疾病早期诊断方面具有重要作用。金属稳定同位素和放射同位素化学性质相近,借鉴放射同位素标记的成功经验,通过金属稳定同位素标记多组分生物分子,可以用原子质谱高灵敏地检测多组分生物分子。作为灵敏准确的金属元素检测工具,电感耦合等离子体质谱检出限低、基体效应低、线性范围广、同位素谱线分辨率高,因此适用于金属元素标记生物分子检测。金属稳定同位素标记已经被广泛应用到蛋白质、核酸、酶活性、生物小分子、甚至单个细胞的检测中,取得了一些可喜的进展,并展现了广阔未来应用前景。金属稳定同位素标记生物分析方法有三个特性：高灵敏度-大多数金属的稳定同位素有较高的标记灵敏度,并且可以通过纳米材料标记等方法实现信号放大;多组分同时分析-质谱仪同位素谱线高分辨率提供了多组分分析能力;高准确度-同位素稀释法提供了可溯源到SI国际单位制的高准确度检测结果。为了更好的推动相关研究,简要介绍金属稳定同位素标记生物分析的进展,主要内容包括以下几个部分：金属稳定同位素检测工具-无机质谱、金属稳定同位素标记高灵敏度分析、金属稳定同位素标记多组分同时分析、金属稳定同位素标记高准确度分析、金属稳定同位素标记单细胞分析的进展。     

固体的光散射讲座第二讲 分子振动及其喇曼光谱

分子的振动能量是量子化的,这些不连续的能量可用对应的一组振动量子数表示．当光和分子相互作用时,分子从一个振动量子态跃迁到另一个量子态所产生的光谱（喇曼谱和红外谱）,我们称它为分子振动光谱．喇曼谱与红外谱,都是用来研究分子振动、分子碰撞所导致的能级跃迁、分子与光子以及其他粒子之间的相互作用等物理过程,从而提供对分子或固体的某些信息并推断分子或固体的空间构型及其对称性．喇曼光谱术已成为分析分子振?...     

导数原子光谱分析新技术研究进展

本文评介了导数测量技术在原子光谱分析中的应用研究进展。介绍了常规原子光谱信号模型及其原子光谱信号的导数模型;讨论了原子发射光谱和原子吸收光谱分析导数测量新技术原理及其分析特性。介绍了导数原子光谱技术在生物样品、环境样品、药物分析、食品饮料、金属及合金样品痕量金属元素分析中的应用。基于信号强度随时间变化的新型导数原子光谱分析新技术较常规原子光谱分析,其灵敏度和基线稳定性显著提高、检出限明显改善,在痕量和超痕量金属元素分析领域有着广阔的应用前景。     

核磁共振波谱在药物研发中的应用进展

在现代药物的研发过程中,能够检测药物分子化学组成、结构及其与生物分子相互作用的新方法、新技术始终是人们最关注的科学问题之一。而光谱分析(包括红外、紫外和核磁共振)是最常用的分析手段。其中,核磁共振波谱技术通过检测组成有机化合物分子的原子核在周围化学环境影响下的跃迁规律,来获得反映核相关性质的参数,而这些参数包含了详尽的有机化合物分子结构和分子间相互作用的信息。核磁共振波谱能在液态、固态、气态,甚至在生物原位环境等多种复杂条件下,提供体系中分子组成、原子水平分辨率的三维结构、相互作用和动态过程等丰富信息,特别是药物研发中极其重要的药物分子与生物大分子的相互作用信息。因此核磁共振波谱在药物研发中发挥了越来越重要的作用,近年来在药物研发领域的应用是越来越广泛。而有关核磁共振波谱专门应用于药物研发方面的综述并不多见。由此,在简单阐述核磁共振波谱基本原理的基础上,从药物靶标生物大分子受体的结构与动力学、药物设计与筛选,以及药物代谢三方面综述了近年来核磁共振波谱在药物研发中的最新应用进展,以期系统的为分析工作者们提供核磁共振波谱在该领域目前的研究概貌。     

核磁共振波谱在药物研发中的应用进展

在现代药物的研发过程中, 能够检测药物分子化学组成、结构及其与生物分子相互作用的新方法、新技术始终是人们最关注的科学问题之一。而光谱分析(包括红外、紫外和核磁共振)是最常用的分析手段。其中, 核磁共振波谱技术通过检测组成有机化合物分子的原子核在周围化学环境影响下的跃迁规律, 来获得反映核相关性质的参数, 而这些参数包含了详尽的有机化合物分子结构和分子间相互作用的信息。核磁共振波谱能在液态、固态、气态, 甚至在生物原位环境等多种复杂条件下, 提供体系中分子组成、原子水平分辨率的三维结构、相互作用和动态过程等丰富信息, 特别是药物研发中极其重要的药物分子与生物大分子的相互作用信息。因此核磁共振波谱在药物研发中发挥了越来越重要的作用, 近年来在药物研发领域的应用是越来越广泛。而有关核磁共振波谱专门应用于药物研发方面的综述并不多见。由此, 在简单阐述核磁共振波谱基本原理的基础上, 从药物靶标生物大分子受体的结构与动力学、药物设计与筛选, 以及药物代谢三方面综述了近年来核磁共振波谱在药物研发中的最新应用进展, 以期系统的为分析工作者们提供核磁共振波谱在该领域目前的研究概貌。     

拉曼光谱技术的应用及研究进展

本文简述了拉曼光谱产生的机理以及与红外光谱的区别,讨论了拉曼光谱在聚合物、生物分子、蛋白质和无机物等方面研究及应用,介绍了傅立叶变换拉曼、共焦显微拉曼、表面增强激光拉曼、固体光声拉曼光谱的原理及其应用以及拉曼光谱和其他检测手段的联用技术。     

过渡金属化合物的核磁共振

过渡金属元素最外层电子分布在d或f轨函而形成多种多样的化合物结构,每个过渡金属原子都有一、二种具有核自旋的同位素,使其化合物显示丰富的核磁共振信息,通过这些磁化学及其它谱化学的信息,使科学家对分子内的协同效应的现象和原因有全面的认识,从而对催化剂和金属酶的活性机理有更深入的理解,最终可能引致理论和计算化学的革命,并为分子设计和定向合成创造条件。     

叶酸与人血清白蛋白结合作用的光谱研究

在不同温度下的pH 7.4的Tris-HCl缓冲溶液体系中, 采用荧光光谱、紫外吸收光谱和同步荧光光谱研究了人血清蛋白与叶酸的相互作用。研究表明,这种相互作用使人血清白蛋白发生内源荧光猝灭,属于静态猝灭机制。通过计算得到人血清蛋白与叶酸在17和37 ℃下静态猝灭的猝灭速率常数分别为7.396 6×104和7.2652×104 L·mol-1、结合常数分别为7.50×104和1.98×105 L·mol-1、结合位点数均为1。根据Förster非辐射能量转移机理,求算出给体(HSA)与受体(叶酸)间的作用距离和能量转移效率分别为1.77和0.052 65 nm,并结合热力学参数说明了叶酸分子与人血清白蛋白的作用以疏水作用为主,同时也存在静电引力。利用同步荧光光谱研究了人血清蛋白与叶酸的相互作用中HSA的构象变化,发现色氨酸残基所处环境的疏水性降低,说明叶酸分子进入了人血清白蛋白的疏水腔中。     

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。     

双原子分子电子光谱的振动结构分析

从电子振转能级的光谱项出发,分析了双原子分子电子振动谱带序和电子振动谱带列的规律,并归纳出德兰德斯表(Deslandres table)及其主要性质。以C₂分子电子振动光谱的斯簧谱带系作为实例,说明了如何对电子振动光谱的测量值进行标识,并将它们按振动结构规律整理成德兰德斯表,从而获得有关分子光谱不同态的非谐性常数、振动频率等重要参数以及任意谱带的波数公式。     

生物高分子的单分子物理研究

许多生物大分子通过机械力来调控其结构与生物功能。它们能够产生,感应,传递和响应力学信号,并且做出相应的构象变化。单分子力谱被广泛地用于表征这些生物分子在其生理环境下的构象变化,从而研究机械力对结构和功能的调控作用。我们将在这一综述中,总结不同生物大分子力谱与其结构之间的对应关系,和各种相互作用对生物大分子力学性能的贡献和调控。这些研究也使得基于原子力显微镜的单分子力谱成为一个多功能的研究工具,把传统的生物化学和生物物理拓展到单分子层面。     

激光生物光谱

激光光谱技术有很高的光谱分辨率和分析灵敏度，利用它可以深入地研究生物分子反应动力学及某些生物分子的光化学反应机理，把激光生物学的研究提高到分子水平，有助于阐明生物分子的结构和功能，揭示生命现象的奥秘．本文介绍了激光皮秒光谱、荧光光谱、反射光谱、透射光谱等技术，在研究生物分子、生物细胞、各种生物过程以及诊断癌症等方面的进展及应用前景；同时也介绍了几种生物光谱仪器．     

X射线光谱技术在生物与生态环境中的应用进展

环境样品中元素的浓度、空间分布和赋存形态等是认识元素的生物功能和环境行为的关键。本文对近年来X射线光谱技术在生物与生态环境中的应用研究进展进行了评述,发现X射线荧光光谱技术可以提供活体植物中元素迁移与分布的定量数据,且微区X射线荧光光谱和X射线吸收谱技术的联用可深入认识生物与元素的相互作用,尤其是生物对元素的吸收、转运、贮存和细胞解毒机制,同时也能够揭示典型环境样品中元素的来源、演化和归趋等环境行为。然而,由于生物和环境样品基质的复杂性和多样性,仍存在一些技术难点与挑战,如X射线荧光自吸收效应的克服、低丰度(5%～10%)的元素形态的准确鉴定,以及对活体细胞中短暂的元素氧化还原反应的捕捉等。     

盐酸胍诱导叶绿素变性的THz时域光谱研究

THz时域光谱对分子构型非常敏感,能快速方便的把具有相似结构的生物分子区分开来.利用THz光谱的这一技术特点,对盐酸胍诱导叶绿素a(Chl-a)和叶绿素b(Chl-b)变性进行了研究.实验结果表明,THz光谱不仅能够鉴别变性前后的叶绿素分子,而且探测到了新的实验现象.在盐酸胍作用下,两种分子的THz吸收谱中都出现一个位于1.7 THz处的峰.通过测量几种氨基酸和盐酸胍相互作用的样品后,观察到了相同位置的峰,进而验证了这个峰是由于叶绿素的C=O键和盐酸胍的N-H键相互作用形成氧键引起的.研究结果表明,运用THz光谱技术能有效地把具有相似结构的生物分子区分开来,这项技术也是监测生物分子变性的一种有力工具.     

牛血清白蛋白与槲皮素在不同溶剂中相互作用特征及抗氧化性的研究

槲皮素与牛血清白蛋白的相互作用机理以及影响因素的研究对于生物活性小分子与生物大分子的相互作用方式及其功能改变具有一定理论和实际意义。运用荧光光谱、紫外可见光谱、同步荧光光谱、自由基清除方法(DPPH和ABTS自由基清除率),研究了牛血清白蛋白与槲皮素在水、二甲基亚砜和乙醇三种不同溶剂中的相互作用方式及其对槲皮素抗氧化性的影响。结果表明：槲皮素对牛血清白蛋白有较强的荧光猝灭作用,且为静态与动态并存的复合猝灭方式,相互作用力为疏水作用力。三种溶剂中,牛血清白蛋白与槲皮素的结合常数和结合位点数由大到小依次为：水＞二甲基亚砜＞乙醇,结合距离由大到小依次为：乙醇＞二甲基亚砜＞水。根据结合距离的大小可知,结合作用由强到弱依次为：水＞二甲基亚砜＞乙醇。在三种溶剂中牛血清白蛋白的酪氨酸和色氨酸残基同时参与与槲皮素的相互作用。未结合及结合牛血清白蛋白的槲皮素与DPPH自由基清除率均为30%,未结合及结合牛血清白蛋白的槲皮素与ABTS自由基清除率相比,由80%显著降低到70%。三种溶剂对未结合及结合牛血清白蛋白的槲皮素的自由基清除能力无显著性影响。     

碳元素形态的激光诱导击穿光谱特性

对具有不同碳元素存在形态的4种化学纯试剂（无水对氨基苯磺酸、可溶性淀粉、石墨和碳酸钙）进行激光诱导击穿光谱实验。选用实验中探测到的碳元素原子谱线CI 247.856 nm作为分析线,研究了不同存在形态碳元素的激光诱导击穿特性。从物质的化学构成、分子内部原子结合的作用力大小等方面,说明了不同形态碳元素的光谱特性存在差异的原因。实验结果表明：存在于结构复杂、化学键能较大的物质中的碳元素,被激发所需的激光能量也较大。     

碳元素形态的激光诱导击穿光谱特性

对具有不同碳元素存在形态的4种化学纯试剂(无水对氨基苯磺酸、可溶性淀粉、石墨和碳酸钙)进行激光诱导击穿光谱实验。选用实验中探测到的碳元素原子谱线CI 247.856 nm作为分析线,研究了不同存在形态碳元素的激光诱导击穿特性。从物质的化学构成、分子内部原子结合的作用力大小等方面,说明了不同形态碳元素的光谱特性存在差异的原因。实验结果表明:存在于结构复杂、化学键能较大的物质中的碳元素,被激发所需的激光能量也较大。     

太赫兹时域光谱技术探测亮氨酸和异亮氨酸的低频集体吸收谱

氨基酸同分异构体的检测对食品安全和药品药性控制有重要意义。亮氨酸与异亮氨酸是同系的同分异构体,它们具有相似的化学结构,但物理化学性质有很大的差别。区分氨基酸同分异构体的常见的检测方法常用气相色谱、液相色谱、毛细管电泳、液质联用、色质联用等。但上述方法样品需要进行衍生化处理,很难快速、高效、无损的检测检测氨基酸的同分异构体。太赫兹(Terahertz,THz)波是指频率在0.1~10THz频段的电磁辐射,该技术可以反映物质的结构和构型。生物大分子的太赫兹吸收与其分子间氢键的振动和转动能级有关的偶极跃迁相关,可以利用分子偶极跃迁进行指纹识别。本文研究了太赫兹时域光谱技术在室温条件下的亮氨酸和异亮氨酸样品的光谱特征。结果表明亮氨酸和异亮氨酸样品在这个波段存在不同的光谱响应,可以用来探测分子的结构和振动情况从而区分结构差异小的同分异构体。本文还利用B3LYP杂化密度泛函的自洽场晶体轨道法对亮氨酸和异亮氨酸周期性结构进行了理论研究和光谱计算。通过比较实验和理论结果,并对获得的频谱进行了解析,计算得到的峰位与实验结果能够互相印证。     

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。