圆二色谱概述

圆二色谱
一、圆二色谱
圆二色光谱(简称CD)是应用最为广泛的测定蛋白质二级结构的方法，是研究稀溶液中蛋白质构象的一种快速、简单、较准确的方法。

它可以在溶液状态下测定，较接近其生理状态。

而且测定方法快速简便，对构象变化灵敏，所以它是目前研究蛋白质二级结构的主要手段之一，并已广泛应用于蛋白质的构象研究中。

二、圆二色谱的基本原理
光是横电磁波，是一种在各个方向上振动的射线。

其电场矢量 E 与磁场矢量H 相互垂直，且与光波传播方向垂直。

由于产生感光作用的主要是电场矢量，一般就将电场矢量作为光波的振动矢量。

光波电场矢量与传播方向所组成的平面称为光波的振动面。

若此振动面不随时间变化，这束光就称为平面偏振光，其振动面即称为偏振面。

平面偏振光可分解为振幅、频率相同，旋转方向相反的两圆偏振光。

其中电矢量以顺时针方向旋转的称为右旋圆偏振光，其中以逆时针方向旋转的称为左旋圆偏振光。

两束振幅、频率相同，旋转方向相反的偏振光也可以合成为一束平面偏振光。

如果两束偏振光的振幅(强度) 不相同,则合成的将是一束椭圆偏振光。

光学活性物质对左、右旋圆偏振光的吸收率不同,其光吸收的差值ΔA ( Al -
Ad) 称为该物质的圆二色性(circular dichroism,简写作CD) 。

圆二色性的存在使通过该物质传播的平面偏振光变为椭圆偏振光,且只在发生吸收的波长处才能观察到。

所形成的椭圆的椭圆率θ为:θ= tg-1 短轴/长轴
根据Lambert-Beer 定律可证明椭圆率近似地为：θ= 0. 576lc (εl-εd) = 0. 576lcΔε公式中l 为介质厚度, c 为光活性物质的浓度,εl 及εd分别为物质对左旋及右旋圆偏振光的吸收系数。

测量不同波长下的θ(或Δε) 值与波长λ之间的关系曲线,即圆二色光谱曲线。

在此光谱曲线中,如果所测定的物质没有特征吸收,则其Δε值很小,即得不到特征的圆二色光谱。

当εl >ε d 时,得到的是一个正的圆二色光谱曲线,即被测物质为右旋,如果εl <ε d ,则得到一个负的圆二色光谱曲线,即被测物质为左旋。

根据圆二色光谱法的原理和测试要求设计制成的仪器称为圆二色光谱仪。

目前圆二色光谱法及其仪器已广泛应用于有机化学、生物化学、配位化学和药物化学等领域,成为研究有机化合物的立体构型的一个重要方法。

三、二色谱在大分子中的应用
1.利用圆二色谱，可以计算多肽二级结构的含量
2.可以研究蛋白质构象变化
蛋白质分子的固有不对称性决定了蛋白质的光学活性，蛋白质的结构的不同表现出其对圆二色性特性的差异，所以我们可以通过圆二信号来测量蛋白质的结构信息。

3.测定小分子化合物与DNA相互作用方面的研究（主要是DNA与配基（包括小分子和蛋白质等大分子）相互作用）
圆二色谱可以测定DNA和蛋白质的空间结构，DNA的圆二色谱是由其骨架结构中的不对称糖分子和由这些糖分子的构型决定的螺旋结构所产生的，根据配基
对原有的DNA圆二色谱信号的影响以及诱导产生的圆二色谱新信号（ICD）的不同特点，不仅可以得知配基与DNA具有相互作用，还能推断与DNA结合的不同模式。

四、研究DNA与小分子的作用方法
小分子与DNA相互作用的典型方式有三种：嵌入、沟结合和烷基化/金属化。

圆二色谱法
DNA的含氮碱基平面对称，本身没有光学活性，当碱基置于手性五糖-磷酸骨架中后，碱基生色基团电子跃迁受到不对称环境影响产生相互作用，因而可以产生CD上的Cotton效应，并在碱基对中间
产生有电子产生偶合形成的CD谱。

很
多本来无手性和光学活性的配基与DNA
作用后使其配基的构象改变产生手性或
者和碱基的电子跃迁偶极矩间的偶合产
生CD峰称为诱导圆二色谱ICD。

小分子与DNA混合样的CD谱中，如观
察到ICD吸收带即是提示该配基与DNA
存在相互作用。

根据DNA与配基相互作
用产生的ICD的不同特征，可以对配基
与DNA作用方式以及几何形状进行定
性、经验性的推测。

DNA嵌入剂一般表
现为最大不超过10 (mol·L−1)−1cm−1ICD
信号,较强的ICD信号提示配体与DNA
小沟发生结合。

对于电子跃迁偶极矩的方向是沿着该分
子长轴方向的嵌入剂来说, 如果配基的电子跃迁偶极矩的方向平行于碱基对的长轴方向, 则ICD 信号为正, 如果垂直于碱基对的长轴方向, ICD 则为负。

如果配体的电子跃迁偶极矩沿其他方向, 则需要进一步考虑其他因素。

对于并不位于嵌入位点中心的配基来说, CD 信号的正负符号和强度则会受到更加复杂的方式影响, 如配体的侧向距离和配体周围碱基对的特性等。

选自圆二色谱测定技术在小分子化合物与DNA相互作用研究中的应用_刘振佳。