圓二色光譜在研究蛋白結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

1、圓二色光譜在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用圓二色光譜在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用摘要摘要：圓二色光譜（CD）是研究手性分子結(jié)構(gòu)的重要工具，近年來(lái)圓二色光譜在蛋白結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文綜述了圓二色產(chǎn)生原理及與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)關(guān)系并簡(jiǎn)單闡述了圓二色光譜在研究蛋白結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用案例。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：圓二色光譜；蛋白質(zhì)；構(gòu)象；由于光學(xué)活性分子對(duì)左、右圓偏振光的吸收不同使得左、右圓偏振光透過(guò)后變成橢圓偏振光這種現(xiàn)象就是圓二色性(circularDichrois

2、m簡(jiǎn)稱CD)。歷史上，圓二色性又稱為光學(xué)活性，巴斯德在19世紀(jì)就發(fā)現(xiàn)并研究了檸檬酸的光學(xué)活性。傳統(tǒng)的圓二色譜是指波長(zhǎng)在200～400nm之間的吸收譜20世紀(jì)70年代由于“八區(qū)律”、“激子手性法”[1]等方法的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展圓二色譜得到了廣泛應(yīng)用。圓二色光譜是一種差光譜是樣品在左右旋偏振光照射下的吸收光譜差值。由于生物大分子基本都含有手性的基團(tuán)和結(jié)構(gòu)，圓二色光譜可以幫助測(cè)量和觀察生物大分子的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象變化，也可應(yīng)用于研究DNARNA反應(yīng)、酶動(dòng)

3、力學(xué)、光學(xué)活性物質(zhì)純度測(cè)量、藥物定量分析；天然有機(jī)化學(xué)與立體有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、生物化學(xué)與宏觀大分子、金屬絡(luò)合物、聚合物化學(xué)等相關(guān)的科學(xué)研究。蛋白質(zhì)是由氨基酸通過(guò)肽鍵連接而成的具有特定結(jié)構(gòu)的生物大分子它并不是以長(zhǎng)鏈分子的狀態(tài)存在，而是折疊成特定的三維結(jié)構(gòu)。因此可以用圓二色技術(shù)測(cè)定蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)。目前，測(cè)定蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的方法還有X射線衍射，核磁共振技術(shù)及冷凍電子顯微技術(shù)[2]等。在專門存儲(chǔ)蛋白質(zhì)和核酸分子結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中，接近90%

4、的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)是用X射線晶體學(xué)的方法測(cè)定的。大約9%的已知蛋白結(jié)構(gòu)是通過(guò)核磁共振技術(shù)來(lái)測(cè)定的。此外冷凍電子顯微技術(shù)是近年來(lái)興起的一種獲得低分辨率（低于5埃）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法。但是X射線衍射技術(shù)對(duì)于分析結(jié)構(gòu)復(fù)雜、柔性的生物大分子蛋白質(zhì)，適合的單晶培養(yǎng)限制了它的應(yīng)用。二維、多維核磁共振技術(shù)適用于較小分子量蛋白質(zhì)構(gòu)相分析且數(shù)據(jù)處理過(guò)程繁瑣。冷凍電子顯微技術(shù)只能用于形成二維晶體的體系，且需要專門的冷凍平臺(tái)。相比而2.2.圓二色光譜研究蛋白質(zhì)的二級(jí)

5、結(jié)構(gòu)與構(gòu)象變化圓二色光譜研究蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)與構(gòu)象變化遠(yuǎn)紫外區(qū)CD光譜主要反映肽鍵的圓二色性。在蛋白質(zhì)或多肽的規(guī)則二級(jí)結(jié)構(gòu)中，肽鍵是高度有規(guī)律排列的，其排列的方向性決定了肽鍵能級(jí)躍遷的分裂情況。具有不同二級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)或多肽所產(chǎn)生CD譜帶的位置、吸收的強(qiáng)弱都不相同。α一螺旋結(jié)構(gòu)在靠近192nm有一正的譜帶，在222nm和208nm處表現(xiàn)出兩個(gè)負(fù)的特征肩峰譜帶；β折疊的CD光譜在216nm有一負(fù)譜帶，在185200nm有一正譜帶；β轉(zhuǎn)角則

6、在206nm附近有一正CD譜帶；而左手螺旋P2構(gòu)象在相應(yīng)的位置有負(fù)的CD譜帶。單一波長(zhǎng)常用于測(cè)定蛋白質(zhì)或多肽由動(dòng)力學(xué)或熱力學(xué)引起的二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化[8]。隨著光學(xué)技術(shù)發(fā)展及同步加速器輻射圓二色(SRCD)光譜技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)紫外測(cè)量光譜可以展寬到190nm以下的真空遠(yuǎn)紫外區(qū)。由于這一CD光譜區(qū)域內(nèi)，包含著更為豐富的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)信息，這一光譜區(qū)域的參考蛋白質(zhì)的圓二色光譜及擬合運(yùn)算方法也已成為研究熱點(diǎn)。3.3.蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的含量的定量估計(jì)蛋

7、白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的含量的定量估計(jì)早期的蛋白質(zhì)或多肽的二級(jí)結(jié)構(gòu)擬合計(jì)算方法中；主要采用多聚氨基酸為參考多肽。建立α螺旋、β折疊及無(wú)規(guī)卷曲等二級(jí)結(jié)構(gòu)參考CD光譜曲線，采用單一波長(zhǎng)法(208nm)計(jì)算出一螺旋含量后，然后假設(shè)不同的β折疊含量值，并假設(shè)CD值是α螺旋含量β折疊含量和無(wú)規(guī)卷曲三者貢獻(xiàn)值的加和，通過(guò)計(jì)算機(jī)算出不同波長(zhǎng)的θ（λ），得出計(jì)算曲線。找出與實(shí)驗(yàn)曲線最接近的曲線計(jì)算出各構(gòu)象的含量?，F(xiàn)代的蛋白質(zhì)CD擬合二級(jí)結(jié)構(gòu)的算法主要是，采用最小

8、二乘法、單值分解及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等算法，以待測(cè)蛋白質(zhì)代替參考蛋白體系中結(jié)構(gòu)相似的某一蛋白質(zhì)，反復(fù)計(jì)算取代后的收斂性，從而計(jì)算擬合出未知待測(cè)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組成[910]。4.4.圓二色光譜法在研究膜蛋白中的應(yīng)用圓二色光譜法在研究膜蛋白中的應(yīng)用膜蛋白是近年來(lái)分子生物學(xué)研究的熱點(diǎn)。膜蛋白是一類具有晶體類似結(jié)構(gòu)的鑲嵌于細(xì)胞膜上的蛋白，到目前為止，僅有為數(shù)不多的膜蛋白結(jié)構(gòu)得到確認(rèn).研究表明，膜蛋白紫外電子光譜躍遷受到周圍環(huán)境介電常數(shù)的影響，其原因