光分析在生命科学中的研究进展.ppt

浅谈光分析在生命科学中的研究进展 王晴晴 1、前言 分析化学的任务就是鉴定一切物质的化学组成，结构和测量有关组分的含量。现今，分析化学已经渗透到各个领域，而作为分析化学中应用广泛的光谱分析也变的越来越重要。众所周知，生命科学是21世纪的中心学科，因此，就其发展简单谈一下光化学分析中的紫外，红外，荧光等技术在生命科学中的研究进展。 庄晓蕾等[1]利用薄层色谱与紫外分光光度法联用对紫杉醇进行了定量检测，陈冰等[2]利用高效毛细管电泳与紫外吸收检测法联用测定了食品中几种氨基酸的含量。 3、红外光谱法 红外光谱可进行组织，细胞，蛋白质二级结构的定量分析与蛋白质构象变化的研究，Surewicz 等提出的蛋白质二级结构的指认标准见表1 [3]。 3.1 核酸的FTIR分析 核酸是一种线性多聚体，基本结构单元是核苷酸。核苷酸由碱基、戊糖和磷酸三部分构成的。可以应用红外光谱法跟踪 DNA右手螺旋和左手螺旋之间的结构转变；研究 DNA和 RNA的金属毒物加合物，并指认反映这些核酸中结构、构像变化的红外光谱的变化[4]。 核酸分子中磷酸二酯基团(PO2-)的对称伸缩振动谱带Vs ，PO2-位于1080cm-1附近，而其反对称伸缩振动谱带Vas，PO2-位于1240cm-1附近。细胞中核酸含量的增加可导致该谱带强度的增加。但是磷酸化蛋白的贡献也不容忽视，磷酸化蛋白使得磷酸化氨基酸在细胞中含量显著增加，从而导致该谱带发生变化[5]。 3.2 蛋白质的 FTIR分析 红外技术可以定量分析细胞膜蛋白二级结构的变化及应用偏振 FTIR技术测定膜蛋白不同二级结构在生物膜脂双层中定向的改变。但是蛋白质的红外光谱随着二级结构、蛋白质的水合状态、溶剂的离子强度而变化。 蛋白质的δs (CH3 ) 和δas (CH3 ) 分别在1400cm-1和1450cm-1，1460 cm-1为脂、蛋白质、核酸的δCH2；蛋白质的酰胺Ⅱ带和酰胺Ⅰ带主要分布在1539cm-1和1655cm-1处。 3.3 脂类的 FTIR分析 应用红外光谱可以解决的问题是：膜磷脂分子构型、构象、结构的变化、蛋白在膜磷脂构型、构象变化中的作用，靠近蛋白处的脂的物理状态，是否膜蛋白与脂相互作用时对脂的化学结构或物理状态有特定的选择性，它是否控制膜上酶的功能等[5]。 根据细胞和组织的组成特点、生物大分子的特征吸收峰，将人体组织和细胞的红外光谱吸收频率及主要振动方式列于下表[15 ,16]。 3.4 肿瘤的FTIR分析 癌细胞的基本生物化学特征是肿瘤的红外光谱分析基础。与正常组织的 FTIR 相比，肿瘤组织FTIR在谱型、吸收频率、峰强度等谱学参数方面存在着显著的差异。这些差异性提示：癌变细胞和组织中核酸相对含量增加，糖原或胶原的相对含量下降，核酸分子中磷酸二酯基团的氢键结合力增强，脂质中亚甲基链变得更无序[6]。 国外Malins等人[7,8]研究了人体乳腺癌的病原学发现，在潜在的致癌基因中，羟基诱导DNA碱基损伤与乳腺癌的发生有关。致癌过程被认为是多步过程，常发生在一系列细胞受到有害毒物的慢性损伤，化学物种的有毒浓度能够引起伴随着DNA碱基结构的变化所产生的相应的效力。但是，红外光谱法用于癌变细胞的鉴别及病程进展的诊断还处于数据积累阶段，尚无完整的谱库可供检索。 4、荧光分析 4.1 荧光标记法 荧光分析具有很高的灵敏度和选择性，激光荧光分析可以接近或达到检测灵敏度的极限—单原子或单分子[9]。利用荧光探针可测定RNA和DNA，还可以区分不同构象的核酸，如区分线状DNA，环状DNA及超级线团DNA。荧光分析还是研究DNA碱基损伤修复以及与有关药物的化学反应活性部位的理想工具[10]。 4.2 量子点 在生命科学领域，除了化学标记试剂外，量子点同样也成为一个标记热点。量子点以下这些优势等等使得它的使用越来越广泛。 4.2.1 标记DNA分子方面 Wu S M 等[11]将巯基化的单链 DNA 与量子点结合，建立了一种量子点标记 DNA 的荧光探针，这种荧光探针具有较高的分散性，生物活性和杂交特异性，之后应用这一荧光探针，通过荧光素原位杂交技术对大肠埃希菌pUC18 质粒上的多克隆位点序列进行了研究，从而可以在第一时间内对大肠埃希菌进行跟踪观察。 4.2.2 生物芯片研究方面 由于荧光探针一次通常只能将一种或几种标记了荧光探针的蛋白质与芯片作用，很难实现多种蛋白质的一次性分析和研究。但是使用量子点荧光标记，就可以将想要研究的各种蛋白质用一系列不同大小、 不同材料、光谱特性各不相同的量子点或者量子点微球进行标记，更重要的是可以用同一波长的光激发，从而可以同时检测所有标记的蛋白质，极大地提高了工作效率，使现有的