(光谱分析.docVIP

理学院 School of Sciences 光谱分析 学生姓名： 何霞 学生学号： 200801173 所在班级： 应用物理学081班 所在专业： 应用物理学 分子吸收光谱在生物大分子研究中的应用 摘 要 ：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。 关键词： 分子吸收光谱; 紫外光谱; 红外光谱; 蛋白质; 核酸 引 言 生物大分子的功能往往是由其结构所决定的, 生物大分子结构与功能的研究是生命科学的核心课题。随着当代科学技术的发展, 对生物大分子的研究已经从一般描述性的科学过渡到探讨其具体化学结构的分子水平的科学。其中蛋白质 与核酸是生物大分子中的两大组成部分, 它们直接涉及到生命科学的许多核心内容, 所以对蛋白质和核酸的研究一直是生物大分子研究中最受关注的热点。著名科学家Freder ickSanger 教授因先后发展了蛋白质及核酸的测序方法, 1958年和1980 年两次获得诺贝尔奖。2002 年诺贝尔化学奖授予了科学家John B1 Fenn, Koichi Tanaka 和Kurt W thrich, 以表彰他们在生物大分子结构确定和分析研究领域所发展的质谱以及核磁共振新方法。无论是蛋白质还是核酸的研究, 都极大地带动了有关的研究方法及手段, 其中分子吸收光谱法因其快速、简便而越来越多地应用于生物大分子的研究。 早在20 世纪30 年代, 对分子间弱相互作用力进行了大量的研究, 而在此后的很长一段时间内对它的研究进展缓慢。近年来, 随着超分子化学研究的深入, 对其分子间弱相互作用本质的研究引起世界科学界的极大关注。一般认为,分子间的弱相互作用力主要有范德华力[ 1]、氢键[ 2] 作用以及堆砌作用力[ 3]等几种形式。研究分子间弱相互作用的手段主要包括X 晶体衍射、核磁共振、质谱、圆二色谱、荧光光谱以及分子吸收光谱法。分子吸收光谱包括紫外光谱和红外光 谱, 本文主要介绍分子吸收光谱在生物大分子结构研究中的应用, 重点介绍利用分子吸收光谱法研究蛋白质以及核酸分子和小分子的弱相互作用。 1 紫外光谱法在生物大分子研究中的应用 111 紫外光谱法研究蛋白质的结构变化 蛋白质是一类重要的生物大分子, 不同的蛋白质具有各种不同的生理功能, 它的结构单元是A2 氨基酸。常见的20种A2氨基酸中只有芳香族氨基酸, 如色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和含硫氨基酸, 在230~ 310 nm 波长范围内有吸收, 因 此利用紫外光谱法可以考察芳香族氨基酸的残基在蛋白质分子中的位置( 即表面和内部) 、环境及数量, 以及在物理和化学因素的影响下, 蛋白质二、三级结构的变化。蛋白质的紫外吸收光谱中, 一般210 nm 处的峰是肽键的强吸收峰, 280nm 处的峰是酪氨酸、色氨酸以及苯丙氨酸残基中共轭双键的吸收峰。利用各种技术研究蛋白质与配体之间的相互作用及动力学过程, 对于解释蛋白质结构与功能的关系及蛋白质与各种配体的作用机制具有重要的意义。若小分子配体与生物大分子结合前后的吸收光谱有一定差异时, 可以在不经分离的情况下用分子吸收光谱研究配体与蛋白质分子的相互作用。 白蛋白是血浆中最丰富的蛋白质, 它在人体内起着重要的储存和运输作用, 它可与许多内源和外源蛋白质结合, 因此目前对白蛋白与其他小分子的相互作用开展了广泛的研究。王亚俐等[ 4] 利用光谱法研究了苯甲酸钠与牛血清蛋白 ( BSA) 的体外相互作用。苯甲酸钠的加入使得BSA 紫外吸收光谱中210 nm 处的峰值逐渐降低, 峰位红移。研究表明, 苯甲酸钠的加入使BSA 主链构象发生变化, 即螺旋结构变松散。朱兵等[ 5] 利用紫外示差光谱法对稀土离子与乳铁蛋白的 结合进行了研究, 结果表明, Tb3+ 与Eu3+ 可特异性地结合在脱铁乳铁蛋白的两个Fe3+ 结合部位, 但并不能从已经结合铁的乳铁蛋白中把铁置换出来。周妍娇等[ 6] 利用紫外光谱以及圆二色谱对金属硫蛋白及其结构域突变体进行了研究,结果表明, 结构域之间存在相互作用, 并且影响其与金属离子的结合。魏晓芳等[ 7] 利用紫外光谱研究了pH 21 3~ 111 3的范围内牛血清蛋白(BSA) 芳香氨基酸残基微环境的变化,