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1、华东理工大学学报Vol.23No.4·422·JournalofEastChinaUniversityofScienceandTechnology1997208蛋白质二级结构的红外光谱周瑞明(温州师范学院化学系,温州325000)3沈永嘉(华东理工大学精细化工研究所,上海200237)提要:蛋白质的多肽链组成了各种特定的三维空间构象,氢键在维系这种构造中起着十分重要的作用。本文通过红外光谱法研究了蛋白质的二级结构和氢键在维系这种构造中的作用,发现具有螺旋和折叠构象的多肽链主要以反式构象为特征排布。关键词:蛋白质;红外光谱;多肽链;氢键;三维空间构象中图分类号:Q734蛋白质的二级结构是
2、指蛋白质分子中多肽链本身的折迭方式。根据已有的实验证明,多肽链的二级结构,主要是由骨干肽链组成的多肽折迭成规整的周期性的A2螺旋、B2折迭等空间构象。在这类结构之中,尚有氢键参加以维持其空间构象的稳定性。本文应用红外光谱法,通过离子化效应,对蛋白质的二级结构及其稳定性和氢键对维持二级结构所起的表征作用提出一种新的研究方法。1实验部分1.1试剂鸡蛋白(配制),试剂明胶、(NH4)2Cr2O7,化学纯。1.2仪器IR7650型红外分光光度仪(上海分析仪器厂),ZF21型短波紫外分析仪(上海电光仪器厂)。1.3实验(1)样品调制:取新鲜鸡蛋白40mL,加蒸馏水120mL,温热至30°C并搅拌
3、溶解,通过双层丝网(300目)过滤得均一状鸡蛋白溶液。(2)取蛋白溶液在平板玻璃上均匀涂布,于适当温度下充分干燥成膜,筛选蛋白膜厚度使之出现合适红外吸收强度。-1(3)固定蛋白膜于KBr窗片中测IR谱,光谱范围为4000～650cm,光谱分辩率为-14cm。(4)取上述鸡蛋溶液50mL,在避光下加入饱和重铬酸钾溶液8mL,氨水0.5mL,搅拌均匀收稿日期:1996212203第4期周瑞明等:蛋白质二级结构的红外光谱·423·后用样方法过滤得重铬酸钾盐蛋白溶液。制膜方法同(2)。(5)在紫外光下(K=254nm)对同一张(NH4)2Cr2O7蛋白膜分别光照0、15、30、60、90min
4、后重复测IR谱。2结果与讨论2.1鸡蛋白的IR谱图1为鸡蛋白的红外光谱图,在图中可见肽链官能-1团—NH—CO—的特征吸收谱带。1550cm附近一组强吸收表示N-H相对于C=O以反式构型O-1CN的形式存在;而在1420cm附近出现了一H组较弱的吸收是顺式构型CN。这些吸收,包含图1鸡蛋白的红外光谱OH-1有N-H弯曲振动和C—N伸缩振动的因素。1640cm为肽键中>C=O的伸缩振动吸收,由于中介效应,肽键中C=O吸收频率要比醛酮低得多(醛酮和羧酸的C=O吸收均不小于-1[1]1700cm)。实际上,除含有脯氨酸残基的肽单位外,多肽链中绝大多数的肽单位其N—H与C=O都是反式排布的,这
5、就意味着,反式排布的能量比顺式低,用核磁共振研究N2甲基乙酰胺的结构指出,顺式构型比反式构型的-1[2]能量高8.37kJ·mol。例如A2螺旋构型一般具有如图2所示的构[3]型,这是由主链骨架围绕螺旋中心以A2螺旋盘绕上升形成的空间构象。-1图1的IR谱则清楚地显示了反式吸收(1550cm)远强于顺式吸收-1(1420cm)。从理论上分析,这种肽键之所以具有刚性、平面反式构象的稳定性,是因为它的存在使在三维空间内非键合原子之间的距离能符合[4]标准接触距离,而这种稳定性的存在基础,是与氢键的存在及它所起的作用密切相关的。例上述A2螺旋构型,若离开氢键的作用,其空间构象的图2多肽A2螺
6、旋构型规整即不复存在。本文又测定明胶蛋白质(制备方法同鸡蛋白)的IR谱,其多肽基本结构相应的IR谱与鸡蛋白十分相似。2.2(NH4)2Cr2O7鸡蛋白的IR谱当蛋白肽链混杂入外来离子以后,则情况有了变化,在图3的(NH4)2Cr2O7鸡蛋白膜的IR谱中可以发现几个现象:-1+(1)1000至700cm处发现一组强吸收谱带;由NH4中N-H的弯曲振动所致,从这组+吸收的强弱,可以定量地检测NH4浓度的高低。·424·华东理工大学学报第23卷OH+(2)由于NH4的加入,使顺式CN在-11420cm处的吸收出现较大的增强,这是由于外来离子的参与,使得维持二级结构的氢键受到一定程度的破坏。多
7、肽链在某些链段部分亦出现伸展而呈构象无序变化,尽管这种变化在肽链的整体之中并不占优势,但在相应的链段却由于氢键受外来离子的干涉而难以维持,加上肽键中氨基酸残基的侧链由于立体化学的图3(NH4)2Cr2O7鸡蛋白的红外光谱[2]稳定性倾向,某些肽键就很难维持其反式共平面的排布而转化为顺式或接近顺式构象。外来离子干涉氢键>C=O⋯⋯N-H的机理有待进一步+研究,有可能以>C=O⋯⋯NH4等形式出现。-1(3)由于氢键的减少,N-H面外弯曲的几率增加
