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【傅里叶红外光谱图怎么看二级结构】如何通过傅里叶红外光谱图解读二级结构以及分析方法

承天示优官方账号 2023-05-08 资讯 1220 views 0

傅里叶红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FTIR)是一种广泛用于化学、生物及环境等领域的研究手段之一。它基于样品对不同波长或频率的光线的吸收程度,在光谱图上呈现出特定的吸收带,从而提供了关于样品化学和物理性质信息。

在蛋白质领域中,傅立叶变换红外(FTIR)技术通常被用来研究蛋白质分子内部非共价相互作用以及其折叠状态等方面问题,并能够给出该蛋白质表观二级结构比例(secondary structure content ratio)。本文将介绍如何通过 FTIR 光谱图解读二级结构、分析处理并举例说明。

1. 傅里叶变换红外(FTIR)原理

FTIR 是一种检测具有固有振动模式的物体所发射或反射激发后得到信号。在这个过程中入射到目标样品上紫外线可被转为电子激发,而热辐射则会导致物体整体振动或基本的分子转动等。同时,由于不同物质之间种类、结构和化学键等方面存在差异,所以它们对于特定波长或频率的辐射是有选择性吸收的。因此在FTIR光谱图上并通过数字傅里叶变换算法来得到样品的共振信号响应。

2. 傅立叶变换红外(FTIR)光谱二级结构解读方法

利用 FTIR 光谱技术可以获得样品中各功能基团存在与否及相互作用情况,并且可据此计算出蛋白质表观二级结构比例(secondary structure content ratio)。要提取这些信息,则必须先识别和标定一系列 IR 吸收带位置,并将其分配给由氨基酸片段特征引起的次要/三级 结构成份。其中最常见为表\ref{table1}所示几种涉及偏振折射率变化大的极小值 absorbances 的吸收峰。

![image.png](attachment:image.png)

表1:摩尔消光系数

通常使用单环氧乙烷校正后区域硬截断法(hard cutoff)进行峰形面积的计算。这种方法通过确定两个强吸收带之间的截止值而将光谱区分成不同的碎片,进而根据每一自由度上对应波数范围内强度贡献来计算二级结构含量。

在选择硬截断点时常规想法是选取半高宽位置即可,但实际工作中需要更加严格判断以避免偶然误差引起的瑕疵;此外还有人采用全谱过滤处理,去掉部分被台阶型底线隐藏或者信杂比显著较低等原因未能完全显示出来表观二级结构成份信息。最后得到如图\ref{fig1}所示正确标记了三个主要次级别、似乎没有卷曲子单位(coiled-coil)、β-折叠和无序异构体等其他多态性的样本 IR 光谱。

![image-2.png](attachment:image-2.png)

图 1: 分配给肌红素C, α-helix和β-sheet尝试在Hardcut-off模式下解析一个典型蛋白质IR重建数据集

3. 傅里叶变换红外容易出现问题及其解决方法

在 FTIR 光谱分析过程中常见的问题包括信噪比低、基线不平,各种峰被其他氨基酸选择性吸收等。就刚才提到的二级结构计算而言,硬截断法本身也会带来一些锯齿状的误差特别是当含量接近阈值时。

然而这些问题并非解决不了。对于信号质量问题和高消耗品成本等相关困难,有人推荐使用TIRe (Thermal Infrared Spectroscopy) 进行替代,并成功地从同样质点数量小的蛋白样品光谱中得出了表观二级结构

4. 结语

综上所述,在FTIR数据处理领域中关注对应数据集类型——如合成肽与天然蛋白、单纯或者复杂化学修饰功能区;还需要注意实验操作可以引起响应变异因素进行科学控制以便更加准确答题。了解这些内容是通过 FTIR 技术确定蛋白质表观二级识别信息键步涵盖范箱之内较重要部分

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