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圓二色性
基本信息
| 外文名 | circular dichroism, CD |
| 應用 | 測定蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)等 |
| 涉及領(lǐng)域 | 分子生物學領(lǐng)域 |
概念闡述
光是一種電磁波。假如用電矢量來表示，光的前進就是由矢量端點在一特定的平面里沿正弦波運動的軌跡。對于自然光講，正弦波振動的平面是隨機的。如有一束光，它所有的電矢量的振動平面都是相互平行的，這種光稱為平面偏振光。有一種特殊的情況，光前進的過程中電矢量繞前進軸轉(zhuǎn)動，若電矢量的絕對值不變，則運動軌跡的投影是一個圓，這時就變成圓偏振。面對光前進的方向看去，電矢量端點的圓運動可以是順時針方向的，也可以是逆時針方向的，因此圓偏振有R與L兩種。
假如 L與R兩束圓偏振光在一起輻射，強度、速度、頻率和位相都相同，它們就會疊合成一束平面偏振光。如波長λ的L光和R光的光強度相等，在光學各向異性物質(zhì)中傳播某一距離后，它們的綜合光將變成橢圓偏振光，橢圓的長軸處于兩個圓偏振的電矢量相疊合的地方。假如兩個圓偏振的傳播速度也不相同，而所經(jīng)的途徑與上述相同，則疊合的橢圓偏振光的長軸與上面所述的橢圓偏振光的長軸相夾θ角（圖1）。
由不對稱分子組成的物質(zhì)是光學各向異性的，即L與R兩束圓偏振光在這類物質(zhì)中的傳播速度不相等。假如光學各向異性物質(zhì)在某一波長 λ有吸收，那將在該時對L光和R光有不同的吸收，如該物質(zhì)的吸光率是A，而對L光和R光的吸光率是AL和AR，AL和AR的差ΔA＝AL-AR，稱為圓二色性。
圓二色性
從（圖2）可看出，因光吸收不同而產(chǎn)生的橢圓的形狀與ΔA有直接的關(guān)系。θ稱為橢圓值，也是一種定量描述圓二色性的單位。在條件相同的情況下，θ＝3300ΔA。
在蛋白質(zhì)分子中，肽鏈的不同部分可分別形成α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角等特定的立體結(jié)構(gòu)。這些立體結(jié)構(gòu)都是不對稱的。蛋白質(zhì)的肽鍵在紫外185～240納米處有光吸收，因此它在這一波長范圍內(nèi)有圓二色性。幾種不同的蛋白質(zhì)立體結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)的橢圓值波長的變化曲線──圓二色譜是不同的。如(圖3)所示，α-螺旋的譜是雙負峰形的，β-折疊是單負峰形的，無規(guī)卷曲在波長很短的地方出單峰。蛋白質(zhì)的圓二色譜是它們所含各種立體結(jié)構(gòu)組分的圓二色譜的代數(shù)加和曲線。因此用這一波長范圍的圓二色譜可研究蛋白質(zhì)中各種立體結(jié)構(gòu)的含量。
蛋白質(zhì)含酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸，它們在240～350納米處有光吸收，當它們處于分子不對稱環(huán)境中時也表現(xiàn)出圓二色性。這一范圍的圓二色性反映出在蛋白質(zhì)分子中上述氨基酸殘基環(huán)境的性質(zhì)。
圓二色性
圓二色性
核酸中所含糖有不對稱的結(jié)構(gòu)，它們所含的雙螺旋結(jié)構(gòu)也是不對稱的。它們在185～300納米范圍內(nèi)也有特征的圓二色譜（圖4）。這些譜與核酸的立體結(jié)構(gòu)的關(guān)系雖不甚顯著，但也可以用它研究某些立體結(jié)構(gòu)。同時圓二色譜與核酸的堿基配對數(shù)有關(guān)系，因此也可用圓二色譜研究核酸的化學組成。
圓二色性
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