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蛋白质和肽的二级结构

圆二色性存在于紫外(UV)光谱区。应用在大多数情况下都受到限制,因为特征吸收光谱带一般较宽,并被非特定光谱带(例如芳烃侧链)叠加。尤其对于生物分子而言,较大的吸收和色散系数限制了应用。

在红外(IR)光谱区,分子振动得到激发。相应的吸收光谱带较窄,并且一般具有特异性。与电子圆二色性不同,红外光谱区不会观察到信息掩蔽。

下图显示了在25µm CaF2液槽中溶解于D2O溶液(50mg/ml)中的血红蛋白(左)、溶菌酶(中)和刀豆蛋白A(右)的振动圆二色性光谱(上)和吸收光谱(下)。

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三种蛋白质的吸收光谱非常相似。它们都显示出相对较宽的非结构化Amid I吸收光谱带(主要为C=O伸缩模式),以“I”表示;以及Amid II吸收光谱带(主要为C-N伸缩和N-H变形模式),以“II”表示。

首先,仔细观察此图,我们可以明显看出,血红蛋白的Amid I光谱带在1650 cm-1附近是不对称性的,而刀豆蛋白A的Amid I吸收光谱带在1630 cm-1处具有最大值,并在1690 cm-1处出现小肩峰。

尽管具有相似的吸收光谱,这些蛋白质的二级结构却展现出显著差异:血红蛋白主要为α-螺旋结构,刀豆蛋白A主要为β-折叠结构,而溶菌酶则同时具有数量相当的两种结构元素。

二级结构在振动圆二色性光谱中的差异则更为明显。血红蛋白类似衍生物的光谱带来源于较高的α-螺旋典型分布,而刀豆蛋白A的振动圆二色性光谱中 1630 cm-1处的凹陷是β-折叠结构所特有的。因此,溶菌酶的振动圆二色性光谱中包含两种结构元素也就不足为奇了。

因此,振动圆二色性光谱学不仅能够提供确定蛋白质二级结构的独特机会,而且也可以实现对构象变化的观察。对其他蛋白质进行的实验表明,振动圆二色性的信号明确地取决于二级结构。

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