圆二色性光谱
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（4）自然光
对着光前进的方向观察时， 如果一束光波的电场矢量取所 有可能的方向，没有一个方向 较其它方向占优势。
（5）几种偏振光之间的关系
•振幅相等、角频率相等的左右圆偏振光组合, 其结果为线偏振光，反之亦然。即：一束线偏 振光可分解为振幅相等的左、右圆偏振光。
振幅不等，角频率相等的左右圆偏振 光组合其结果为椭圆偏振光。
天冬酰胺
• 当用天冬氨酸（D）取代19位的天冬酰 胺后（LRRD），则溶液不再发生凝胶纤维 化现象，CD谱显示溶液中的LRRD为无规卷 曲结构。
天冬氨酸
• 用谷氨酰胺（Q）取代19位的天冬酰胺 后（LRRQ），溶液依然会发生凝胶纤维 化现象，CD谱显示溶液中的LRRQ 为β折 叠结构，与LRRN的CD谱非常相似。
吸收光谱一般是指物质对光的吸收。
园二色谱（CD谱）记录的是物质对紫 外光与可见光波段的左圆偏振光和右圆偏 振光的吸收存在差别。
CD谱和一般的吸收光谱一样，都和分 子中的吸收基团（生色团）吸收电磁波能 量引起物质电子能级跃迁有关。
吸收紫外光：190-240nm
一. 基本原理：
1.几种偏振光的概念
文献上也常用光学活性物质对左右 园偏振光的摩尔吸收系数的差别
△ξ= ξl －ξr来表示园二色性。 根据吸收定律：
A=LgIo/It=ξCl △ξ= ξl －ξr=（Al －Ar）/Cl
△ξ或θ随波长而变化的关系称为 园二色谱。
4. CD与ORD和吸收光谱的关系
旋光性和圆二色性均是由于光学 活性分子结构的不对称性所引起的， 二者间相互联系，由其一可推之其二， 但是由于ORD谱中不同基团的旋光带 容易重叠较难分析，因此现在多数情 况下都是测量CD谱。
在紫外区段（160nm-300nm） 主要的生色团是肽链，肽链的二级 结构直接影响肽链吸收的圆二色性， 每种类型的二级结构都有其独特的 CD谱：
• α螺旋在190nm处有一个正的大峰， 此外还有两个峰高几乎相等（约为 正的大峰的一半）的负峰，分别位 于208和222nm。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
•β折叠的正峰位于192nm，高度约为处 于α螺旋时此区域峰高的一半，在215217nm有一小的负峰，随平行与反平行 β折叠而有一定波动。
3. 旋光色散和圆二色谱
• 旋光色散（ORD）
旋光性通常用旋光度α表示， α的大小随入射光波长而 变化的关系称为旋光色散（ORD）。
• 圆二色谱（CD）
园二色性常用椭圆率θ表示： tgθ=b（椭圆短轴）/a（椭圆长轴）
=（Er-El）/（ Er+El） Er：左旋偏振光电场矢量的大小。 El：右旋偏振光电场矢量的大小。
的电场矢量端点在空间的轨迹是以光传播方向为 轴的圆形螺旋。 （该轨迹在垂直于光传播方向的平面上的投影 为一园形）
•电矢量方向沿顺时 针方向旋转者称为右 旋圆偏振光。
•电矢量方向沿逆时 针方向旋转者称为左 旋圆偏振光。
（3）椭圆偏振光
电场矢量端点在空间的轨迹 是以光传播方向为轴的椭圆形 螺旋。
（轨迹在垂直于光传播方向的 平面上的投影为一椭园）。
• 非周期结构（无规卷曲结构）在198nm 附近有个负峰，在220nm附近有个小而 宽的正峰。
• 此外各种转角，脯氨酸螺旋也都有其独 特的CD谱。
由于CD谱对肽链骨架结构变化非常敏感，
CD谱非常适宜研究蛋白质构象的变化，如：
• 配体与蛋白质的结合； • 蛋白质与其它大分子的相互作用； • 环境因素，如溶剂、PH、浓度、离子强 度、金属离子等对蛋白质结构的影响等。
• 新近CD谱在研究蛋白质折叠和构象随 时间的变化方面也发挥着重要作用。
举例1
举例2
举例3
举例4
举例5
举例6
举例7 对蛋白质或肽淀粉样变性的研究 几种神经退行性疾病，如阿尔兹海默症
（老年痴呆，AD），都与正常细胞的蛋白质或 肽形成纤维化结构——淀粉样变性有关。
用X射线衍射技术研究淀粉样变性的肽， 发现它们具有β折叠结构。那么什么样的结构 特征能够导致纤维化形成呢？
具有光学活性的物质常称为光学 活性物质（与手性物质等价）。
在生物体系中不对称性是一个很普 遍的现象，氨基酸、核苷酸和碳水化合 物是组成多肽、蛋白质、多聚核苷酸和 多糖的基本单元，由于这些单元具有不 对称性，由它们组成的生物大分子也是 不对称的，而且生物大分子本身还形成 一定的二级结构（螺旋性）也是不对称 结构，因而生物大分子大都是光学活性 物质，表现出旋光性和圆二色性。
二. 应用
因为圆二色性是由于分子中的不对称 原子结构的存在使得分子对左圆与右圆偏 振光的吸收不同所引起，因此CD谱与物质 的不对称结构直接相关。
组成生物大分子的结构单元很多具有 不对称性，并且生物大分子本身还形成一 定的二级结构（螺旋性），也是不对称结 构。因而CD谱经常用于研究生物大分子的 构象。
• LRR是由24个氨基酸组成的重复单位， 在蛋白质分子中可以1-38个拷贝成串 出现，现已发现有70多种蛋白质含有 数目不等的LRR，组成LRR蛋白家族。
LRR家族的一个显著特征就是19位 的天冬酰胺（N）几乎是不变的。记 为—LRRN，实验发现单独的一个 LRRN在溶液中能自动形成具有β折 叠结构的长纤维而使溶液凝胶化， 与AD的淀粉蛋白的性质非常相似。
谷氨酰胺
• 用CD谱还可以连续监测LRRN和LRRQ在溶 液中的纤维化的过程和速率，实验结果表 明19位的酰胺侧链在邻近的β折叠链间形 成氢键，稳定了β折叠结构，因而在纤维 结构形成中至关重要。
目前发现在神经退性行疾病发展的 前期，许多突变导致氨基酸变成天冬酰 胺或谷氨酰胺。由此看来分子内侧链间 的相互作用引发了新的稳定结构的形成 可能在神经退性行疾病的淀粉样沉淀中 起着一定的作用。
(1)电磁波, 又叫电磁辐射，是指传播着 的交变电磁场。其中每一点的电场矢 量和磁场矢量互相垂直，电场矢量和 磁场矢量又都和传播方向垂直。
（2）平面偏振光
对着光前进的方向 观察时，如果一束光 波的电场矢量都是同 一方向振动——平面 偏振光。
（3）园偏振光： 对着光前进的方向观察时，如果一束光波
CD谱和一般的吸收光谱一样，都和分 子中吸收基团（生色团）的电子能级跃 迁有关，因此CD谱和吸收光谱的峰位基 本接近。但一般的吸收光谱都是正值， 而CD谱显示正负，这种现象常称为 Cotton效应。
当同时存在几个吸收峰且吸收峰相 互交叠时，用CD谱分析就显示出比吸收 光谱分析明显的优点。
与一般的吸收光谱比较，CD谱较 易区分多基团的吸收且能提供更多信 息，因此多数情况下都是测量CD谱, 结合吸收谱进行结构分析。
第二，左圆偏振光和右圆偏振光在手 性物质中的行进速度不同，因而出射 时的左右圆偏振光相对于入射光的偏 振面旋转了一定的角度α（旋光度）， 这是旋光现象。
若同时考虑旋光性和圆二色性， 当一束平面偏振光进入并通过手性物 质时，出射的为椭圆偏振光，且椭圆 长轴相对于入射光的偏振面旋转了一 定的角度。
2. 光学活性和光学活性物质 含有不对称原子结构的物质称为手性
物质，手性物质具有非手性物质所不具备 的光学活性：
当一束线偏振光进入手性物质时，手 性物质会将其分解为振幅相等的左右圆偏 振光并分别予以不同作用。
第一，手性物质对左右圆偏振光的吸收 程度不同，因而出射时左右圆偏振光电 场矢量的振幅不同，若从这点考虑，在 通过样品之后的左右圆偏振光再次合成 的就不是线偏振光，而是椭圆偏振光， 这就是圆二色性。
对着光前进的方向观察时， 如果一束光波的电场矢量取所 有可能的方向，没有一个方向 较其它方向占优势。
（5）几种偏振光之间的关系
•振幅相等、角频率相等的左右圆偏振光组合, 其结果为线偏振光，反之亦然。即：一束线偏 振光可分解为振幅相等的左、右圆偏振光。
振幅不等，角频率相等的左右圆偏振 光组合其结果为椭圆偏振光。
天冬酰胺
• 当用天冬氨酸（D）取代19位的天冬酰 胺后（LRRD），则溶液不再发生凝胶纤维 化现象，CD谱显示溶液中的LRRD为无规卷 曲结构。
天冬氨酸
• 用谷氨酰胺（Q）取代19位的天冬酰胺 后（LRRQ），溶液依然会发生凝胶纤维 化现象，CD谱显示溶液中的LRRQ 为β折 叠结构，与LRRN的CD谱非常相似。
吸收光谱一般是指物质对光的吸收。
园二色谱（CD谱）记录的是物质对紫 外光与可见光波段的左圆偏振光和右圆偏 振光的吸收存在差别。
CD谱和一般的吸收光谱一样，都和分 子中的吸收基团（生色团）吸收电磁波能 量引起物质电子能级跃迁有关。
吸收紫外光：190-240nm
一. 基本原理：
1.几种偏振光的概念
文献上也常用光学活性物质对左右 园偏振光的摩尔吸收系数的差别
△ξ= ξl －ξr来表示园二色性。 根据吸收定律：
A=LgIo/It=ξCl △ξ= ξl －ξr=（Al －Ar）/Cl
△ξ或θ随波长而变化的关系称为 园二色谱。
4. CD与ORD和吸收光谱的关系
旋光性和圆二色性均是由于光学 活性分子结构的不对称性所引起的， 二者间相互联系，由其一可推之其二， 但是由于ORD谱中不同基团的旋光带 容易重叠较难分析，因此现在多数情 况下都是测量CD谱。
在紫外区段（160nm-300nm） 主要的生色团是肽链，肽链的二级 结构直接影响肽链吸收的圆二色性， 每种类型的二级结构都有其独特的 CD谱：
• α螺旋在190nm处有一个正的大峰， 此外还有两个峰高几乎相等（约为 正的大峰的一半）的负峰，分别位 于208和222nm。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
•β折叠的正峰位于192nm，高度约为处 于α螺旋时此区域峰高的一半，在215217nm有一小的负峰，随平行与反平行 β折叠而有一定波动。
3. 旋光色散和圆二色谱
• 旋光色散（ORD）
旋光性通常用旋光度α表示， α的大小随入射光波长而 变化的关系称为旋光色散（ORD）。
• 圆二色谱（CD）
园二色性常用椭圆率θ表示： tgθ=b（椭圆短轴）/a（椭圆长轴）
=（Er-El）/（ Er+El） Er：左旋偏振光电场矢量的大小。 El：右旋偏振光电场矢量的大小。
的电场矢量端点在空间的轨迹是以光传播方向为 轴的圆形螺旋。 （该轨迹在垂直于光传播方向的平面上的投影 为一园形）
•电矢量方向沿顺时 针方向旋转者称为右 旋圆偏振光。
•电矢量方向沿逆时 针方向旋转者称为左 旋圆偏振光。
（3）椭圆偏振光
电场矢量端点在空间的轨迹 是以光传播方向为轴的椭圆形 螺旋。
（轨迹在垂直于光传播方向的 平面上的投影为一椭园）。
• 非周期结构（无规卷曲结构）在198nm 附近有个负峰，在220nm附近有个小而 宽的正峰。
• 此外各种转角，脯氨酸螺旋也都有其独 特的CD谱。
由于CD谱对肽链骨架结构变化非常敏感，
CD谱非常适宜研究蛋白质构象的变化，如：
• 配体与蛋白质的结合； • 蛋白质与其它大分子的相互作用； • 环境因素，如溶剂、PH、浓度、离子强 度、金属离子等对蛋白质结构的影响等。
• 新近CD谱在研究蛋白质折叠和构象随 时间的变化方面也发挥着重要作用。
举例1
举例2
举例3
举例4
举例5
举例6
举例7 对蛋白质或肽淀粉样变性的研究 几种神经退行性疾病，如阿尔兹海默症
（老年痴呆，AD），都与正常细胞的蛋白质或 肽形成纤维化结构——淀粉样变性有关。
用X射线衍射技术研究淀粉样变性的肽， 发现它们具有β折叠结构。那么什么样的结构 特征能够导致纤维化形成呢？
具有光学活性的物质常称为光学 活性物质（与手性物质等价）。
在生物体系中不对称性是一个很普 遍的现象，氨基酸、核苷酸和碳水化合 物是组成多肽、蛋白质、多聚核苷酸和 多糖的基本单元，由于这些单元具有不 对称性，由它们组成的生物大分子也是 不对称的，而且生物大分子本身还形成 一定的二级结构（螺旋性）也是不对称 结构，因而生物大分子大都是光学活性 物质，表现出旋光性和圆二色性。
二. 应用
因为圆二色性是由于分子中的不对称 原子结构的存在使得分子对左圆与右圆偏 振光的吸收不同所引起，因此CD谱与物质 的不对称结构直接相关。
组成生物大分子的结构单元很多具有 不对称性，并且生物大分子本身还形成一 定的二级结构（螺旋性），也是不对称结 构。因而CD谱经常用于研究生物大分子的 构象。
• LRR是由24个氨基酸组成的重复单位， 在蛋白质分子中可以1-38个拷贝成串 出现，现已发现有70多种蛋白质含有 数目不等的LRR，组成LRR蛋白家族。
LRR家族的一个显著特征就是19位 的天冬酰胺（N）几乎是不变的。记 为—LRRN，实验发现单独的一个 LRRN在溶液中能自动形成具有β折 叠结构的长纤维而使溶液凝胶化， 与AD的淀粉蛋白的性质非常相似。
谷氨酰胺
• 用CD谱还可以连续监测LRRN和LRRQ在溶 液中的纤维化的过程和速率，实验结果表 明19位的酰胺侧链在邻近的β折叠链间形 成氢键，稳定了β折叠结构，因而在纤维 结构形成中至关重要。
目前发现在神经退性行疾病发展的 前期，许多突变导致氨基酸变成天冬酰 胺或谷氨酰胺。由此看来分子内侧链间 的相互作用引发了新的稳定结构的形成 可能在神经退性行疾病的淀粉样沉淀中 起着一定的作用。
(1)电磁波, 又叫电磁辐射，是指传播着 的交变电磁场。其中每一点的电场矢 量和磁场矢量互相垂直，电场矢量和 磁场矢量又都和传播方向垂直。
（2）平面偏振光
对着光前进的方向 观察时，如果一束光 波的电场矢量都是同 一方向振动——平面 偏振光。
（3）园偏振光： 对着光前进的方向观察时，如果一束光波
CD谱和一般的吸收光谱一样，都和分 子中吸收基团（生色团）的电子能级跃 迁有关，因此CD谱和吸收光谱的峰位基 本接近。但一般的吸收光谱都是正值， 而CD谱显示正负，这种现象常称为 Cotton效应。
当同时存在几个吸收峰且吸收峰相 互交叠时，用CD谱分析就显示出比吸收 光谱分析明显的优点。
与一般的吸收光谱比较，CD谱较 易区分多基团的吸收且能提供更多信 息，因此多数情况下都是测量CD谱, 结合吸收谱进行结构分析。
第二，左圆偏振光和右圆偏振光在手 性物质中的行进速度不同，因而出射 时的左右圆偏振光相对于入射光的偏 振面旋转了一定的角度α（旋光度）， 这是旋光现象。
若同时考虑旋光性和圆二色性， 当一束平面偏振光进入并通过手性物 质时，出射的为椭圆偏振光，且椭圆 长轴相对于入射光的偏振面旋转了一 定的角度。
2. 光学活性和光学活性物质 含有不对称原子结构的物质称为手性
物质，手性物质具有非手性物质所不具备 的光学活性：
当一束线偏振光进入手性物质时，手 性物质会将其分解为振幅相等的左右圆偏 振光并分别予以不同作用。
第一，手性物质对左右圆偏振光的吸收 程度不同，因而出射时左右圆偏振光电 场矢量的振幅不同，若从这点考虑，在 通过样品之后的左右圆偏振光再次合成 的就不是线偏振光，而是椭圆偏振光， 这就是圆二色性。