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島津紅外光譜丨帶您探索蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的奧秘
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導(dǎo)讀
蛋白質(zhì)是一類與生命相關(guān)的生物大分子，其許多特定的生理或藥理活性在很大程度上和構(gòu)象有關(guān)，蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本類型有 α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角、Ω環(huán)和無(wú)規(guī)卷曲。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系對(duì)于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和藥學(xué)都具有非常重要的意義，蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可引起疾病，如朊蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)α-螺旋變?yōu)?beta;-折疊就會(huì)導(dǎo)致瘋牛病。蛋白質(zhì)中各種類型的二級(jí)結(jié)構(gòu)并不是均勻地分布在蛋白質(zhì)中，不同蛋白質(zhì)中β-折疊和β-轉(zhuǎn)角的數(shù)量也有很大的變化。二級(jí)結(jié)構(gòu)是通過(guò)骨架上的羰基和酰胺基團(tuán)之間形成的氫鍵維持的，氫鍵是穩(wěn)定二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力。
蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)常見(jiàn)分析方法比較
注：CDE（CENTER FOR DRUG EVALUATION）即藥品審評(píng)中心
下面小編帶您一起了解，紅外光譜法分析牛血清白蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的案例。
島津方案
l 分析利器
島津傅立葉變換紅外光譜儀IRXross
MicromATR測(cè)定裝置
l 特點(diǎn)介紹
l 分析流程圖
l 方法學(xué)結(jié)果
牛血清白蛋白紅外測(cè)試
與二級(jí)結(jié)構(gòu)相關(guān)的紅外吸收在多個(gè)吸收重疊的狀態(tài)下，在1650 cm-1附近作為一個(gè)寬譜峰出現(xiàn)，該譜峰被稱為“酰胺Ⅰ帶”，是源于肽鍵C＝O基的伸縮振動(dòng)，對(duì)于研究二級(jí)結(jié)構(gòu)很有價(jià)值。使用紅外和ATR附件分別對(duì)牛血清白蛋白和水進(jìn)行紅外測(cè)試，并通過(guò)軟件計(jì)算得到差譜，見(jiàn)圖1。
圖1. 牛血清白蛋白、H2O的紅外光譜及差譜譜圖
二階導(dǎo)數(shù)光譜
在進(jìn)行分峰時(shí)，需要提前設(shè)置吸收帶的峰形、峰個(gè)數(shù)等的初始值，使用二階導(dǎo)數(shù)確定峰的個(gè)數(shù)。用圖2所示的二階導(dǎo)數(shù)光譜中計(jì)算了1700~1480 cm-1范圍內(nèi)峰的波數(shù)和個(gè)數(shù)。
圖 2. 牛血清白蛋白的二階導(dǎo)數(shù)光譜
分峰擬合
基于二階導(dǎo)數(shù)光譜信息，對(duì)圖1的差譜在1760~1480 cm-1范圍內(nèi)進(jìn)行分峰擬合，圖3顯示了曲線分峰之前的紅外光譜、通過(guò)曲線擬合確定的各個(gè)峰以及從各個(gè)峰合成的光譜。如果曲線擬合精度良好，則測(cè)量光譜和合成光譜應(yīng)匹配良好。
圖3. 通過(guò)分峰得到的各峰值和合成光譜
蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)分析
對(duì)構(gòu)成酰胺Ⅰ帶的1700~1600 cm-1附近的波形進(jìn)行峰值檢測(cè)，求得譜峰波數(shù)和校正面積。其結(jié)果如表1所示。對(duì)各峰進(jìn)行二級(jí)結(jié)構(gòu)分配，求得二級(jí)結(jié)構(gòu)的比例。通過(guò)上述操作，求得α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角、無(wú)規(guī)卷曲的比例分別為23.30%、37.13%、27.56%和12.00%。
表1. 分峰峰值分析
結(jié)語(yǔ)
每種氨基酸殘基都是發(fā)色團(tuán), 它適用于不同狀態(tài)、不同濃度及不同環(huán)境中蛋白質(zhì)和多肽的測(cè)定，紅外光譜各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展, 為研究蛋白質(zhì)及多肽的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系提供了有力手段。紅外光譜法對(duì)牛血清白蛋白進(jìn)行分析，通過(guò)酰胺Ⅰ帶進(jìn)行分峰，可以方便解析水溶液中蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)，對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究提供依據(jù)。
本文源于：S. Iwasaki, R. Fuji（島津制作所全球應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)中心），使用FTIR分峰法對(duì)牛血清白蛋白進(jìn)行二級(jí)結(jié)構(gòu)分析。
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