生物分子结构鉴定：旋光分析法与圆二色光谱法

旋光分析法（Optical Rotatory Dispersion, ORD）和圆二色光谱法（Circular Dichroism, CD）是两种广泛用于生物分子的重要技术，特别是蛋白质和核酸的结构研究。这些技术基于分子对光的作用，特别是分子如何影响通过它们的平面偏振光。




一、旋光分析法




• 基本原理：旋光分析是基于手性分子对平面偏振光的旋光性。当平面偏振光穿过一个含有手性分子的溶液时，偏振平面会旋转。这种旋转被称为光学旋转，旋光仪会测量这种旋转的角度（通常以角度度数表示）。




• 应用：旋光分析常用于确定化合物的绝对构型和相对构型，监测化学或生物过程（如酶反应）中手性中心的变化，以及检测手性药物的纯度和浓度。




• 信息内容：旋光分析主要提供关于手性中心的信息，如其绝对构型和化学环境，但不能提供关于分子具体结构的详细信息。




二、圆二色光谱（CD）




• 基本原理：CD是基于手性分子对左旋和右旋圆偏振光吸收程度不同的性质。分子对这两种光的吸收差异会产生CD信号，该信号可以用来分析分子的结构和构象。




• 应用：CD广泛用于蛋白质和核酸的结构研究，可以用来确定这些大分子的二级结构、研究蛋白质折叠、了解分子间相互作用（如蛋白-配体或蛋白-蛋白相互作用）和监测环境变化（如pH、溶剂等）对分子结构的影响。




• 信息内容：CD光谱可以提供关于分子二级结构的详细信息，如α-螺旋、β-折叠层板和随机卷曲的相对含量，还可以用于研究分子的动力学和相互作用。




三、在生物分子结构鉴定中的应用




1.蛋白质二级结构分析：

CD光谱可以用来确定蛋白质中存在的不同类型的二级结构，并且可以在各种环境条件下（例如不同的pH，温度，或有无辅因子）监测这些结构的变化。这对于理解蛋白质的功能和稳定性至关重要。




2.蛋白质折叠和构象变化：

CD光谱可用于研究蛋白质折叠过程中的中间状态，以及蛋白质在与配体或其他蛋白质相互作用时的结构变化。这些信息对于药物开发和理解蛋白质的生物学功能非常重要。




3.核酸结构研究：

CD也用于研究核酸的结构，特别是用于区分DNA的不同形式（如A形，B形，Z形DNA）。




4.对映体纯度和手性药物分析：

旋光性分析是制药工业中用于确定药物手性纯度的标准方法。因为不同的对映体可能具有非常不同的药理活性或代谢性质，所以这种分析对于药物的安全性和有效性至关重要。




四、技术的优势与局限

旋光性和CD光谱法都是非常强大的技术，具有以下优势：




1.非破坏性：

样品在测量后可用于进一步研究。




2.对条件敏感：

可以监测pH，温度，离子强度等对分子结构的影响。




3.快速和敏感：

尤其是CD光谱，可快速提供有关分子二级结构的信息。




然而，这些技术也有局限性：




1.信息有限：

它们通常不能提供关于分子三级或四级结构的详细信息。




2.需要先验知识：

理解和解释CD光谱需要对被研究的系统有一定的了解。




3.对样品的纯度和浓度有要求：

杂质和样品浓度不足都可能影响结果的准确性。




随着研究的深入和技术的进步，旋光性和CD光谱正在成为一个更加强大和多样化的工具。未来的发展可能包括结合其他类型的光谱学和结构生物学技术，以提供关于复杂生物分子系统更详细的信息。同时，随着机器学习和数据分析技术的发展，预计这些方法将变得更加精确和智能，从而在生物分子研究、药物设计和疾病诊断等领域发挥更大的作用。






图1




百泰派克生物科技--生物制品表征，多组学生物质谱检测优质服务商




相关服务：

圆二色谱分析（CD）

蛋白质圆二色谱分析

蛋白质结构鉴定