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《计算机辅助解析ftir定量研究蛋白质构象的应用进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第30卷第3期河北师范大学学报(自然科学版)Vol.30No.32006年5月JournalofHebeiNormalUniversity(NaturalScienceEdition)May.2006X计算机辅助解析FTIR定量研究蛋白质构象的应用进展12113秦身钧,王建滨,姚宏伟,史长林,魏永巨(1.河北工程大学理学院,河北邯郸056038;2.邯郸市质量技术监督局,河北邯郸056004;3.河北师范大学化学与材料科学学院,河北石家庄050016)摘要:综述了计算机辅助解析傅里叶变换红外光谱在蛋白质构象定量研究中的应用进展,简要介绍了
2、红外光谱测定及二阶导数谱、去卷积和曲线拟合等计算机数学处理方法.对已有的研究结果进行了分类总结,最后讨论了该领域中存在的问题和发展方向.关键词:蛋白质构象;傅里叶变换红外光谱;二阶导数谱;去卷积;曲线拟合中图分类号:Q518.1文献标识码:A文章编号:100025854(2006)0320331205蛋白质的生理功能很大程度上由其构象决定,因此对蛋白质大分子构象及其变化的研究具有重要意义.目前,测定蛋白质结构的常用方法各有其局限性:X射线衍射分析准确,但需要不易获得的蛋白质单晶,且不能测定不同生理条件下蛋白质的结构;圆二色谱只能应用在很窄
3、浓度范围内的澄清溶液中,且仅能较为准确地测定α螺旋成分较多的蛋白质二级结构;紫外光谱和荧光光谱只是通过测定蛋白质[1,2]分子中少数能产生紫外吸收和荧光发射的氨基酸残基来推测其周围局部构象的变化.与之不同的是每种氨基酸残基都会有红外吸收,因此红外光谱有其独特之处,适用于各种环境下蛋白质等生物大分[3]子的测定,尤其是20世纪80年代以来,傅里叶变换红外光谱(FTIR)的发展使一度停滞的红外光谱技术复兴并走向繁荣,结合去卷积谱、二阶导数谱和曲线拟合等计算机辅助解析方法可以给出蛋白质二[4,5]级结构的定量信息,因而成为一个具有广阔发展前景的
4、新兴研究领域.1红外光谱测定及计算机辅助分析1.1红外光谱测定-1蛋白质在红外区有许多特征吸收带,其中酰胺Ⅰ带(1700～1600cm)、酰胺Ⅱ带(1600～1500-1-1cm)及酰胺Ⅲ带(1330～1220cm)包含了丰富的二级结构信息,如α螺旋、β折叠、β-转角以及[6,7]无规卷曲等.应用最多的是酰胺I带,有研究表明酰胺Ⅲ带也可以得到可信的结果.当蛋白质所处的环境发生变化时,如温度、酸度改变或与金属离子、药物等小分子结合后,其特征红外吸收光谱的吸收强度和谱带位置会发生变化,由此可以推断结合的部位以及蛋白质大分子构象的变化.在蛋白质
5、红外光谱的测定中,试样的制备很关键.其方法主要有3种:1)固体法.将待测蛋白质溶液干燥为固体,用传统的KBr压片测定,干扰因素少,但对蛋白质构象偏差较大.2)成膜法.将溶液于适当温度下涂于玻璃板上成膜,直接测定蛋白膜.3)溶液法.将溶液注入特制的样品池或使用衰减全反射附件(ATR)测定其红外吸收,常使用差谱等方法扣除本底的吸收干扰,差减的程度以谱图在1800～-1[7]2200cm呈一条平滑直线为原则.1.2计算机辅助分析酰胺吸收带中包含多种氢键结构,因此各种吸收彼此重叠,形成宽带吸收,难以分辨.借助计算机应X收稿日期:20041222;
6、修回日期:20050416基金项目:河北省自然科学基金资助项目(200153)作者简介:秦身钧(1977),男,河北省邯郸市人,河北工程大学讲师,硕士,研究方向为生物无机化学.332河北师范大学学报(自然科学版)第30卷[3]用二阶导数谱结合去卷积和曲线拟合等数学处理方法,可以将其分开并定量计算,谱图的处理一般使用仪器自带的软件及其他专用程序.二阶导数谱是红外光谱中常用的分峰方法.去卷积是一种提高图谱分辨率的数据处理技术,即将干涉图与一个截断函数相乘再进行傅里叶变换.二者能够给出原谱各吸收子峰的位置及半峰宽等相关信息,从而为下一步的曲线拟
7、合提供重要参数.通常情况下,二阶导数谱和去卷积谱所得到的子峰个数和峰位数据是一致的,如图1[8]所示.曲线拟合的原理是认为谱图为样品的每个特征振动频率的线性叠加.手动选定各子峰的峰位和峰宽,采用Lorentz函数或Gauss函数或者二者组合对谱图进行拟合,多次拟合使其与真实谱带相比方差达到最小,就可将重叠在一起的谱带完全分开.确定各子峰与蛋白a红外差谱图;b去卷积谱;c二阶导数谱.质分子不同二级结构的对应关系,根据它们的积分面积可计算各种图1天花粉蛋白溶液酰胺Ⅰ带二级结构的相对百分含量.图2及表1是牛血清白蛋白(BSA)的酰[9]胺Ⅰ带(
8、a)和酰胺Ⅲ带(b)的红外吸收拟合谱图及计算结果.由表1得知,酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅲ带的拟合结果非常接近.图2牛血清白蛋白溶液的红外拟合谱图表1溶液中BSA各种二级结构的百分含量%α螺旋β折叠β转角
