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1、圆圆二色二色光光谱谱 Circular Circular DichroismDichroism (CD)(CD) 洪洪 远远 凯凯 http:/ / ourse/biophysics/cover.htmourse/biophysics/cover.htm 1.1.什么是圆什么是圆二色谱二色谱? ? 旋光色散谱旋光色散谱 2.2.圆二色谱在生物圆二色谱在生物, ,医学医学 研究中的应用研究中的应用 产生产生, ,特征特征, , What is a Light? 1888年,Hertz,光波-电磁波 日月之辉 16世纪纪,Newton,光谱谱 17世纪纪,Huggens,偏振光 1881年,Bio
2、t,石英能使偏振光的偏振 面旋转转, 电电气石圆圆二色性 UV m Chiral UV m Plane (linearly) polarized light Chiral 椭圆偏振光 m Optically Active Sample m ？ X Y 线线偏振光偏振光 X Y E Ex x =E0 cos t EyEy=E0 cos (t-/2) E Ex x 2 2 + +E y2 =E02 E Ex x =E0 cos t EyEy=E0 cos (t+/2) X Y 频率相同,方向相反 振幅相同,相位相同 线线偏振光偏振光 参 照 面 频率相同,方向相反 振幅相同、相位不同 线线偏振光偏
3、振光 2 参 照 面 1 y y x x R L 椭圆偏振光 频率相同,方向相反 振幅不同、相位不同 参 照 面 2 1 y y x x R L = tg-1(|El Er |)/(El + Er ) 参 照 面 1 2 =(2-1)/2 合成光特性 合成效果比较较 频频 率 振幅 相位 是否旋 转转 是否椭圆椭圆 相同 相同 相同 否 否 相同 不同 是 否 不同 不同 是 是 左、右旋圆圆偏振光的合成 椭圆偏振光 Optically Active Sample Chiral Plane (linearly) polarized light Right and Left hand circu
4、larly polarized light Preferential absorption of left hand polarized ? 振动动方程 E E= E0 cos (t+0 ) E Ex x =E0 cos (t-L/v)+0 波动动方程 E Ex x =Eo cos t-(2L/)n+0 Or Or L/v=2L n/c0= 2/Ln 圆圆二色性与振幅 A= lgI0/I =(1/2,303)lnI0/I =CL Beer-Lanmbert Law =2.303 A/4 (弧度) A=AL- AR = C L L Optical active object E Ex x = E
5、0 cos t-(2L /)n +0 ? C: 摩尔浓度 L : 光程 (dm) l: deg mol-1 cm-1 or deg cm2 dmol-1 摩尔椭圆率 , l the molar ellipticity lMRw MRw l /100 比椭圆率l the specific ellipticity 平均残基椭圆率 lMRw the mean residue ellipticity l Mw l /100 = /CL 旋光色散旋光色散与位相与位相 ? Optical active object nl nr = (L /) n (弧度) n = nl - nr =(2 L /)n L
6、E Ex x =E0 cos t-(2L/)n+0 ORD (optical rotatory dispersion) 平均残基旋光度 m the mean residue rotation m = MRw/100 C : g/mL L : dm Mw: molecular weight MRw: the mean residue Mw 比旋光度 the specific rotation 摩尔比旋光度 j the molar rotation j Mw/100 l / Cw L Plane (linearly) polarized light 基本原理基本原理( ( principlepri
7、nciple ) ) Right and Left hand circularly polarized light Optically Active Sample Preferential absorption of left hand polarized Chiral E Ex x =E0x cos t-(2l /)n+0 Light nl , nr yy x x R L l f () f ()ORD CD Kronig-Kramers transition relationship between CD and ORD Cotton effect Cotton effect 0 0 0 +
8、 - + - Positive cotton effect Negative cotton effect Instrument http:/www-structure.llnl.gov/ CD application Secondary structure of macromolecule -helix -helix: 19x nm (+) 208nm, 222nm (-) x E-3 0 200 210220 230 240 nm b-sheet: 195nm (+) antiparallel: red shift parallel: blue shift 215-7nm (-) b-she
9、et Unordered structure: (-) below 200nm (+) 218nm weak band unordered b-turn: 180-190nm (-) 200-205nm (+) 225nm (+) band, weak red shift 科学研究与开发 中科院某研究所根据HIV-1gp41上的两段七肽重复（heptad repeat，HR）序列1和2（HR1和HR2）对HIV-1的侵入有抑制 作用，进行了HR1和HR2的多螺旋蛋白结构与抗病毒活性的 研究，所设计的五螺旋蛋白的基因为HR12121。通过氨基酸 连接子（Linker）将三个HR1的基因和二个HR
10、2的基因连接在 一起形成一种五螺旋蛋白HR12121的基因。圆二色谱分析证 明HR12121和HR212蛋白发现这两种蛋白富含螺旋结构，这 表明HR12121和HR212蛋白非常稳定，不像多肽那样容易降 解，并对HIV-1侵染细胞有很高的抑制活性。 目前我们已申请专利“一种抑制囊膜病毒感染的多螺旋蛋白及 其编码基因与应用”。囊膜病毒含有许多引起人类重大疾病的 病毒，其中抗艾滋病毒的蛋白药物是最重要的。 合作方式：有愿投资者，投资方可获得专利的独家使用权， 约需1000-2000万元投资。签订意向书后，具体事宜面议。 克山病探究-硒缺乏 模型动物心肌线粒体膜的CD谱 正常对照 病区粮 病区粮,补
11、加蔬菜 烟草花叶病毒侵染膜蛋白烟草花叶病毒侵染膜蛋白 引自:吉尚戎等 生物物理学报报,2004,20 Unfolding/folding 216nm 222nm Conformational varies 190200210220230240250260 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 a5 in 5 % SDS/PBS a5 in 50 % TFE/PBS a5 in pH7 a5 in 50 % TFE/H 2O a5 in H 2O X1E-4 deg.cm 2/dmol-1 wavelength(nm) 216nm CD spectra of GC
12、N4 leucine zipper in the presence of different concentrations of SDS Leucine zipper peptide was treated with SDS for 5 min. Its CD spectra was then measured at a final peptide concentration of 20 M. The final SDS concentrations were 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.6, 1.0, 1.2 mM for curves 1, 2, 3, 4, 5, 6
13、, 7, and 8, respectively. Curve 9 is for the completely unfolded peptide treated with 4 M guanidinium chloride. The experiments were carried out at 20 oC. Conformational transition: from alpha-helix rich to beta-sheet rich PrPc PrPsc Scout Near UV spectra: to investigate the tertiary structure 振动圆二色
14、谱振动圆二色谱 X射线线磁性圆圆二色吸收谱谱 利用同步辐射的圆偏振和波长连续可调特 性，测量铁磁性材料对方向相反的圆偏振 光的吸收。由于铁磁性材料对圆偏振光的 吸收跃迁不仅取决于轨道量子数，而且与 磁量子数有关，因此材料对圆偏振方向相 反的光的吸收存在差异，圆二色吸收谱即 是研究这种差异所表达出的信息。 1. Protein Concentration: 0.5 mg/ml 2. Cell Path Length: 0.5 mm 3. Stabilizers (Metal ions, etc.): minimum 4. Buffer Concentration : 5 mM or as low
15、 as possible while maintaining protein stability Typical Initial Concentrations: One may find that the protein concentration needs to be adjusted to produce the best data. Changing this has a profound effect on the data, so small increments or decrements are called for. If that does not produce reasonably good data, a change in buffer composition may be necessary. It would also be a good idea to check the sample for unforeseen aggregation via Dynamic Light Scattering (DNA
