近紫外圆二色性（CD）光谱分析

在结构生物学领域，精确解析蛋白质的高级结构是理解其功能和机制的关键一步。近紫外圆二色性（Near-UV CD）光谱分析作为一种无损、高效、适用于溶液体系的技术，正被广泛应用于蛋白构象研究、药物筛选及生物制剂的质量控制中。本文将系统介绍近紫外CD光谱的基本原理、应用优势及其在蛋白质研究中的关键价值。

 

一、什么是近紫外圆二色性（CD）光谱分析？

圆二色性（Circular Dichroism, CD）是一种基于手性分子对左右旋圆偏振光吸收差异的光谱技术。其测量结果通常表现为不同波长处的光吸收差异，以Δε（摩尔消光系数差）表示。CD光谱按照测量波段的不同，可分为远紫外（190–250 nm）、近紫外（250–320 nm）和可见区。其中，近紫外CD光谱分析专注于250–320 nm波段，主要反映蛋白质分子中芳香族氨基酸（如酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸）及二硫键等环境的构象变化。因此，该技术尤为适用于研究蛋白的三级结构和构象稳定性。

 

二、近紫外CD与蛋白三级结构的关联

蛋白质的三级结构是由氨基酸侧链间的非共价相互作用（如氢键、疏水作用、范德华力等）形成的三维构象。近紫外CD光谱可以提供以下几方面的信息：

• 芳香族残基环境的对称性：不同构象下芳香族侧链对圆偏振光的响应不同，从而产生特征峰。

• 构象变化的敏感监测：即便是轻微的环境变化（如pH、离子强度、配体结合），也可能引起明显的CD信号变化。

• 构象稳定性的评估：通过变温CD实验，可判断蛋白热稳定性与变性温度。

这些特征使得近紫外CD成为生物制药行业中不可或缺的质量控制工具。

 

三、与远紫外CD的互补性分析

虽然远紫外CD广泛用于二级结构分析（如α-螺旋、β-折叠的含量评估），但其对于三级结构信息的解析能力有限。而近紫外CD则提供更高层次的结构信息，特别适合下列应用场景：

 



 

因此，二者结合使用，可实现蛋白质结构从初级到高级的全方位监测。

 

四、典型应用场景

1、蛋白构象变化监测

近紫外CD可实时监测蛋白因pH、温度或配体作用引起的微小构象变化。例如，在蛋白-配体筛选实验中，该技术可辅助判断结合是否诱导构象重排，从而筛选出潜在活性分子。

 

2、生物制剂稳定性分析

单克隆抗体和重组蛋白在开发过程中需评估其稳定性和批间一致性。近紫外CD光谱作为一种快速、非破坏性手段，广泛用于批次一致性、贮存条件优化等环节。

 

3、药物与靶标相互作用验证

与差示扫描量热法（DSC）或表面等离子共振（SPR）不同，近紫外CD可直接从结构层面判断药物是否结合靶蛋白，是否诱导构象变化，适用于高通量筛选早期验证。

 

五、技术优势与局限性

1、优势：

• 非破坏性：无需标记或修饰，即可在天然状态下获得结构信息；

• 高灵敏度：对构象变化高度敏感，适用于微小结构扰动监测；

• 操作简便：样品制备简单，实验周期短，适合常规质控流程。

 

2、局限性：

• 需较高蛋白浓度（通常>0.2 mg/mL）；

• 不适合强吸光缓冲体系（如含高浓度盐或芳香化合物）；

• 不能直接解析原子级别结构，需与其他技术（如X-ray、NMR）结合使用。

 

六、数据解析与定量分析

近紫外CD光谱通常呈现3个典型区域：

• 255–270 nm：苯丙氨酸信号；

• 275–282 nm：酪氨酸信号；

• 285–305 nm：色氨酸信号。

通过多组分解析、谱线拟合等方法，可进一步量化不同芳香族残基的信号强度与构象状态。这一过程要求高质量光谱数据和专业的分析经验。

 

在蛋白结构与功能研究日益重要的今天，近紫外圆二色性光谱技术以其独特的灵敏性和结构解析能力，正成为构象研究的主力工具之一。无论是基础研究，还是药物开发与生物制剂质控，它都能为科学家提供不可替代的参考信息。百泰派克生物科技依托成熟的质谱平台与蛋白质结构表征体系，提供高质量的蛋白质圆二色谱分析服务。

 

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