生物分子結構鑑定：旋光分析法與圓二色光譜法

旋光分析法（Optical Rotatory Dispersion, ORD）和圓二色光譜法（Circular Dichroism, CD）是兩種廣泛用於生物分子的重要技術，特別是蛋白質和核酸的結構研究。這些技術基於分子對光的作用，特別是分子如何影響透過它們的平面偏振光。




一、旋光分析法




• 基本原理：旋光分析是基於手性分子對平面偏振光的旋光性。當平面偏振光穿過一個含有手性分子的溶液時，偏振平面會旋轉。這種旋轉被稱為光學旋轉，旋光儀會測量這種旋轉的角度（通常以角度度數表示）。




• 應用：旋光分析常用於確定化合物的絕對構型和相對構型，監測化學或生物過程（如酶反應）中手性中心的變化，以及檢測手性藥物的純度和濃度。




• 資訊內容：旋光分析主要提供關於手性中心的資訊，如其絕對構型和化學環境，但不能提供關於分子具體結構的詳細資訊。




二、圓二色光譜（CD）




• 基本原理：CD是基於手性分子對左旋和右旋圓偏振光吸收程度不同的性質。分子對這兩種光的吸收差異會產生CD訊號，該訊號可以用來分析分子的結構和構象。




• 應用：CD廣泛用於蛋白質和核酸的結構研究，可以用來確定這些大分子的二級結構、研究蛋白質摺疊、瞭解分子間相互作用（如蛋白-配體或蛋白-蛋白相互作用）和監測環境變化（如pH、溶劑等）對分子結構的影響。




• 資訊內容：CD光譜可以提供關於分子二級結構的詳細資訊，如α-螺旋、β-摺疊層板和隨機捲曲的相對含量，還可以用於研究分子的動力學和相互作用。




三、在生物分子結構鑑定中的應用




1.蛋白質二級結構分析：

CD光譜可以用來確定蛋白質中存在的不同型別的二級結構，並且可以在各種環境條件下（例如不同的pH，溫度，或有無輔因子）監測這些結構的變化。這對於理解蛋白質的功能和穩定性至關重要。




2.蛋白質摺疊和構象變化：

CD光譜可用於研究蛋白質摺疊過程中的中間狀態，以及蛋白質在與配體或其他蛋白質相互作用時的結構變化。這些資訊對於藥物開發和理解蛋白質的生物學功能非常重要。




3.核酸結構研究：

CD也用於研究核酸的結構，特別是用於區分DNA的不同形式（如A形，B形，Z形DNA）。




4.對映體純度和手性藥物分析：

旋光性分析是製藥工業中用於確定藥物手性純度的標準方法。因為不同的對映體可能具有非常不同的藥理活性或代謝性質，所以這種分析對於藥物的安全性和有效性至關重要。




四、技術的優勢與侷限

旋光性和CD光譜法都是非常強大的技術，具有以下優勢：




1.非破壞性：

樣品在測量後可用於進一步研究。




2.對條件敏感：

可以監測pH，溫度，離子強度等對分子結構的影響。




3.快速和敏感：

尤其是CD光譜，可快速提供有關分子二級結構的資訊。




然而，這些技術也有侷限性：




1.資訊有限：

它們通常不能提供關於分子三級或四級結構的詳細資訊。




2.需要先驗知識：

理解和解釋CD光譜需要對被研究的系統有一定的瞭解。




3.對樣品的純度和濃度有要求：

雜質和樣品濃度不足都可能影響結果的準確性。




隨著研究的深入和技術的進步，旋光性和CD光譜正在成為一個更加強大和多樣化的工具。未來的發展可能包括結合其他型別的光譜學和結構生物學技術，以提供關於複雜生物分子系統更詳細的資訊。同時，隨著機器學習和資料分析技術的發展，預計這些方法將變得更加精確和智慧，從而在生物分子研究、藥物設計和疾病診斷等領域發揮更大的作用。






圖1




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