圆二色谱的原理和应用[优质ppt]
简述圆二色谱的原理及应用
简述圆二色谱的原理及应用原理圆二色谱（Circular Dichroism，简称CD）是一种研究物质光学活性的技术。
其基本原理是通过测量样品对左旋光和右旋光的吸收差异，来研究物质结构和手性。
圆二色谱的原理主要涉及到电磁波的旋转和手性分子的相互作用。
电磁波可以被视为电场和磁场的横向振动，而这两个场的振动方向垂直于波传播方向。
在自由空间中，电磁波的电场和磁场是相互垂直、相互平行并且幅度相等的。
然而，在手性分子存在的情况下，电场和磁场的振动可能会被干扰，从而导致电磁波的旋转。
根据圆二色效应，左旋光和右旋光在经过手性分子样品后会发生旋光现象。
当左旋光与手性分子相互作用后，其振动面会发生旋转，而右旋光则会与之相反地发生旋转。
这种旋光现象称为旋光分散（Optical Rotation），而测量这种旋光差异的技术就是圆二色谱。
圆二色谱可以通过测量样品对左旋光和右旋光的吸收程度差异来分析和表征生物大分子、有机化合物和无机配合物的结构、构象和手性特征。
应用圆二色谱在化学、生物化学、生物医学和药物研发领域具有广泛的应用。
下面是一些常见的圆二色谱的应用：1.结构分析和构象研究：圆二色谱可以用来确定分子结构和构象。
根据样品测得的CD谱图，可以通过比对已知的标准谱图或者进行计算模拟，来推断分子的立体结构、构象和手性特征。
2.蛋白质折叠和结构变化：圆二色谱可用于研究蛋白质的二级结构、折叠状态和构象变化。
蛋白质的二级结构（如α-螺旋、β-折叠等）会对圆二色谱谱图产生特定的影响，因此可以通过分析谱图来了解蛋白质的结构信息。
3.酶的活性和结构：通过圆二色谱可以研究酶的结构和活性。
酶的结构与其功能密切相关，圆二色谱可以帮助研究人员揭示酶的结构与功能之间的关系，并优化酶的催化活性。
4.药物研发：圆二色谱在药物研发中发挥着重要作用。
通过对药物分子的圆二色谱谱图的分析，可以了解药物的结构、构象和活性与手性之间的关系，从而指导药物改良和设计。
圆二色谱原理-PPT
Far UV CD spectra of poly-L-Lys
1、100% α-螺旋 2、100% β-折叠 3、100%无规卷曲
Main CD features of protein 2ndary structures
α-helix β-sheet β-turn polypro II helix Random coil
从统计规律上说,自然光得光振动: 在垂直于光速得平面上遍布所有方向, 沿各方向振动得光矢量呈对称分布, 相应光矢量得振幅(光强度)相等。
超高压短弧氙灯: 在高压纯净氙气中放电发光。
(1)高亮度得点光源; (2)日光色。色温接近6000K; (3)在可见光区连续光谱; (4)高显色性,显色指数＞95; (5)在整个寿命期内维持光色特性; (6)高电弧稳定性; (7)热重启能力; (8)启动后即能达到接近最大光输出; (9)电弧光斑小、易聚光。
PMT得输出信号由正比于IA得直流分量与正比于S得交流分量所组成。
圆二色光谱仪工作原理
• 用相同强度,相同频率得左、右旋圆偏光交替照射样 品测得透过样品后得强度IR与IL
• 由于IR与IL十分接近,令IA=(IL+IR)/2,S= IR – IL
• 只放大相应于S得PMT输出电压Es(交流信号),而不放大相应 IA得输出电压EA。(适当选取放大倍数G值,使ESG与EA可比)。
或℃ ·cm2/dmol。
圆二色性得表示
吸收(率)差 = L - R A = AL – AR
椭圆度,摩尔椭圆度[] = 2、303(AL – AR)/4
[] = 3298(L - R) 3300 (L - R)
在蛋白质研究中,常用平均残基摩尔椭圆度
园二色＋双折射
[PPT]-圆二色谱CircularDichroism(CD)
![[PPT]-圆二色谱CircularDichroism(CD)](https://img.taocdn.com/s3/m/561ccaee0d22590102020740be1e650e52eacf1b.png)
Near UV CD spectrum
蛋白质中芳香氨基酸残基，如色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)、苯丙氨酸(Phe)及二硫键处于不对称微环境时，在近紫外区250～320 nm，表现出CD信号。 Phe残基: 255、261和268 nm附近；Tyr残基:277 nm左右；而在279、284和291 nm是Trp残基的信息；二硫键的变化信息反映在整个近紫外CD谱上。 近紫外CD谱可作为一种灵敏的光谱探针，反映Trp、Tyr和Phe及二硫键所处微环境的扰动，能用来研究蛋白质三级结构精细变化。
蛋白质的光学活性
蛋白质的CD谱
CD spectra in the far UV region (180 nm – 250 nm) probes the secondary structures of proteins. CD spectra in the near UV region (~250 and ~ 350) monitors the side chain tertiary structures of proteins.
圆二色谱原理课件
[] = 3298（L - R） 3300 （L - R）
在蛋白质研究中，常用平均残基摩尔椭圆度
第二十七页，课件共71页。
园二色＋双折射
第二十八页，课件共71页。
9、ORD与CD光谱
同时产生， 包括同样的分子结构信息：光学活性物质分 子中的不对称生色团。 CD反映光与分子间能量的交换，旋光性则是与
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光的吸收
若溶液中的溶质对某一波长的入射光有吸收，则透射光的光强度小 于入射光。
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• 圆二色性的存在将通过该物质传播的左、右圆偏光变成椭圆偏
振光。并且只在发生吸收的波长处才能观察到。
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理论计算的圆二色性与该椭圆偏振光的摩尔椭圆率的关系：
(ii) secondary structure
(iii) tertiary structure
Alpha-helix, beta-sheet
肽链骨架的构象变化
蛋白质的紫外吸收光谱主要有两个峰： 190-250nm：肽键 280-290nm：酪氨酸tyr，色氨酸trp
第三十二页，课件共71页。
10、 J-810圆二色光谱仪
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3、估算蛋白质二级结构含量
仅适合含量较高的蛋白质！
未知结构的蛋白的CD信号
• 将测得的CD曲线与标准曲线拟合。
x+ xb + xc = 1.0 t = x + xbb + xcc • 改变x、xb和xc，使t与样本曲线最佳拟合（最小二乘法，least
squares minimization ）
旋光物质又称为光学活性物质。 旋光度：偏振面旋转的角度
圆二色谱仪检测原理
圆二色谱仪检测原理
圆二色谱仪是一种用来测量物质的旋光性质的分析仪器。
其检测原理基于物质对偏振光的旋光效应。
圆二色谱仪中，光源发出的可见光经过偏振器后，被分成两束偏振方向相互垂直的线偏振光。
其中一束光经过样品管，与样品发生相互作用后，光的偏振方向发生变化。
另一束没有经过样品管。
两束光再次相遇时，通过光栅分光器将其分离为两束光，分别进入两个相互垂直的光电检测器。
当被测物质的溶液处于外加磁场的作用下时，分子因旋转而在样品管中具有特定的旋光性质。
旋光方向以及旋光强度与物质的结构有关。
这种旋光性质能够影响两束光之间的干涉现象，从而使得通过光电检测器的两束光的光强发生变化。
通过检测两束光的光强差异，圆二色谱仪可以测量样品的旋光性质。
圆二色谱仪的测量结果一般以CD（Circular Dichroism）谱或OR（Optical Rotation）谱的形式呈现。
CD谱描述了样品在不同波长处的旋光强度变化，可以用来研究样品的结构、构象和对称性等；OR谱则描述了样品在某一特定波长处的旋光方向和旋光强度。
圆二色谱仪在生物化学和药物领域具有广泛的应用，可以用来研究蛋白质、核酸、糖类等生物大分子的结构和构象变化，同时也可以用来研究药物的药效和药物-靶标相互作用等。
圆二色谱仪操作规程培训ppt课件
根据Beer-Lambert law 有： θ = [θ]. l.c 或 [θ]=mdeg/(l.c ) (c-摩尔浓度)
计算出的值最后再乘以1000即可转换为deg.cm2.dmol-1
蛋白质： 氨基酸的圆二色性： 在可见光区没有吸收，紫外区只有芳
香族色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸。
2、 JASCO J-1500 基本组成与附件
配置：
1）检测器： UV-VIS 163-950nm NIR 400-1250nm 2) 光源：氙灯 3)气体：高纯N2 4)多通道测定 （CD/HT/Abs…），
制样工具
3) 停流附件
注射器：10ml
单管路死体积：46ul
注射器Flow rateMax :5ml/min
反应动力学检测
Mixing Ratio:整数倍
4) N2吹扫装置
只能用于标准样品支架，用于190nm以下样品测试
3、开机与基本操作规程
1）开气：打开氮气，调节分压在0.02mPa左右，依据测定波 长范围在仪器右侧的流量控制器中调节所需的气体流量。 (>190nm 2L/min; 185-190nm 5-10L/min; <185nm 25L/min) 2）开机：打开主机电源，使用变温时，需打开水循环电源。 或使用停流附件需开启停流附件控制器电源。 3) 软件：打开电脑主机，双击“spectra manager”图标，进入 操作界面，显示J-1500处于Idle状态则表示联机成功。
二级结构分析：
打开protein Secondary structure estimation软件，打开转换单位后 另存的文件数据。
圆二色谱的原理及其应用
圆二色谱的原理及其应用《圆二色谱的原理》嘿，朋友们！今天咱们来聊聊圆二色谱的原理。
简单来说，圆二色谱就是一种用来研究分子结构和性质的工具。
它的原理呢，就像是一束特殊的光照射到我们要研究的分子上，然后这束光和分子之间会发生一些有趣的“互动”。
咱们平时见到的光可以看作是由左右振动方向相同的光波组成的。
但圆二色谱用的光可不一样，它是由两种特殊的光组成，一种是左旋圆偏振光，另一种是右旋圆偏振光。
当这两种光碰到分子时，分子对它们的吸收程度会不一样。
这是因为分子本身的结构会影响对这两种光的吸收。
比如说，如果分子有一定的对称性或者特定的结构，它就会对左旋和右旋光的吸收有差别。
如果分子对左旋光吸收得多，对右旋光吸收得少，那我们就会观察到一个正的信号；反过来，如果对右旋光吸收得多，对左旋光吸收得少，那就是负的信号。
通过测量这些信号的大小和变化，我们就能知道分子的结构特点啦。
比如说，是不是有手性中心，是不是有特定的构象等等。
怎么样，圆二色谱的原理是不是也没有那么复杂呀？《圆二色谱的原理》亲，今天咱们来搞清楚圆二色谱的原理哈！你知道吗？光其实有很多小秘密。
圆二色谱就是利用了光的一些特别之处来帮助我们了解分子。
想象一下，有一束很特别的光，它不是普通的光哦，而是由左旋圆偏振光和右旋圆偏振光组成的。
比如说，如果分子的结构很特别，像是有那种不对称的部分，那么它对左旋光和右旋光的喜欢程度就不一样。
这就好比我们去买东西，有的东西我们更喜欢，有的就一般般。
分子对光也是这样，吸收的多少会不同。
然后呢，我们通过仪器去测量这种吸收的差别，就能推断出分子的结构啦。
是不是挺神奇的？所以说，圆二色谱就是靠光和分子之间的这种奇妙“交流”，让我们能够探索分子的世界。
这下你懂圆二色谱的原理了吧？《圆二色谱的应用》朋友，今天咱们来讲讲圆二色谱在实际中的应用。
这圆二色谱的用处可多啦！比如说在生物化学领域，它能帮助我们研究蛋白质的结构。
你想啊，蛋白质对咱们身体那么重要，搞清楚它们的结构，就能更好地理解它们是怎么工作的。
圆二色谱的原理和应用
圆二色谱的原理和应用原理圆二色谱是一种用来分析物质的光学技术，它能够测量物质对不同偏振光波的吸收和旋光性质。
它的原理基于光的波动理论和旋光性质。
旋光性质旋光性是指物质对偏振光通过时会导致光的偏振面发生旋转的性质。
物质对光的旋光性可以分为正旋光性和负旋光性。
正旋光性表示物质使偏振光的偏振面顺时针旋转，负旋光性表示物质使偏振光的偏振面逆时针旋转。
旋光性可以通过旋光仪进行测量。
光的偏振光波一般是沿着特定的方向振动的，这个方向就是光的偏振方向。
偏振光通过介质之后，其偏振方向可能会发生改变，这种现象称为偏振光的旋转。
圆二色谱法圆二色谱法是通过测量物质对不同偏振方向的肩振光波的吸光度差异来分析物质的技术。
它使用圆二色偏振器和检测器进行测量。
圆二色偏振器分为正旋光和负旋光的偏振器，检测器测量不同偏振方向的肩振光波的吸光度差。
应用圆二色谱在生物化学、药物化学和有机化学等领域有广泛的应用。
蛋白质结构分析圆二色谱可以用来分析蛋白质的二级结构，如α-螺旋、β-折叠等。
蛋白质的二级结构对其功能和稳定性有重要影响，因此了解蛋白质的二级结构对于研究蛋白质的结构和功能十分重要。
药物研发圆二色谱可以用来研究药物的立体化学特性。
有机化合物通常会存在手性，不同手性的化合物可能具有不同的药理活性。
通过圆二色谱分析药物的手性可以帮助研发人员合成更有效的手性药物。
有机化学研究圆二色谱可以用来研究有机化合物的结构和手性。
有机化合物的手性对其性质和反应具有重要影响。
通过圆二色谱分析有机化合物的手性可以帮助有机化学研究人员了解其结构和性质。
生物医学研究圆二色谱可以用来研究生物体内的分子结构。
许多生物分子具有手性，其手性对其功能和相互作用有重要影响。
通过圆二色谱可以研究生物分子的手性及其与其他分子的相互作用，有助于了解生物体内的生化过程。
总结圆二色谱是一种用于分析物质的光学技术，通过测量物质对不同偏振光波的吸收和旋光性质来分析物质。
圆二色谱广泛应用于蛋白质结构分析、药物研发、有机化学研究和生物医学研究等领域。
圆二色谱原理与应用
平面偏振光 n1折射率
n2折射率
tan(i0)＝n2/n1 时i0 被称为布鲁斯特角 此时的反射光为平面偏振光，利用该原 理可制造起偏器。
双折射：
光轴
o-ray
光轴 45deg 45deg
e-ray
当一束光经过各向异性的晶体或其他状态的介质 时产生相互垂直的两束偏振光 o, e
当光离开晶体时的Φ2-Φ1=2*pi*l/(n0-ne)*入 四分之一波片 如果l=入/4 /(n0-ne) 则Φ2-Φ1=pi/2 此时如果入射光与光轴夹角为45度
为了方便比较 我们用θ来描 述椭圆的信息
泰勒一阶展开式
度
圆二机器测量值
Per residue 2)
in proper units (CD spectroscopists use decimol)
光谱学家一般采用摩尔椭圆率 和 Deltaepslon大家形成统 一的单位易于比较
偏振光的产生:
折射： i0
园二二级结构分析相关文献 /~sreeram/PDF/index.html
Cdpro分析:定期更新:SELCON3, CDSSTR,and CONTIN CLUSTER /~sreeram/CDPro/
• below 195nm oxygen will absorb radiation
氮气流量
15-20 for >180nm >20 for <180nm
温度:圆二信号同紫外和荧光一样对温度十分敏感 实验平行体系温度要保持一致 房间空调,同时仪器控温
HT plot
• The HT plot is very important, since readings above 600-650V mean that not enough light is reaching the detector so a sample dilution or the use of shorter path cell are required.
圆二色谱仪的原理及应用
圆二色谱仪的原理及应用1. 圆二色谱仪的介绍圆二色谱仪是一种用于测量光学活性物质的仪器，它能够通过测量物质对左旋光和右旋光的旋光性质，实现对物质的结构、构型和纯度等方面的分析。
圆二色谱仪可以广泛应用于医药、化学、生物学等领域，对于研究和分析手性化合物、蛋白质结构等具有重要的作用。
2. 圆二色谱仪的原理圆二色谱仪的工作原理基于光束的旋转和二色性。
当物质通过圆二色谱仪时，它会与光产生相互作用，使得入射光分成两个方向旋转的光束，即左旋光和右旋光。
这两个旋光光束的角度、强度差异可以通过圆二色谱仪测量出来，从而得到物质的旋光性质。
3. 圆二色谱仪的组成圆二色谱仪主要由光源、单色器、样品室、检测器和计算机等组成。
- 光源：圆二色谱仪使用的光源通常为氙灯或卤素灯，具有广谱且连续的特性。
- 单色器：单色器用于将光源发出的白光分解成不同波长的单色光，以满足实验需求。
- 样品室：样品室是放置待测样品的位置，通常包括旋转样品架等装置，用于调节样品的入射角度和位置。
- 检测器：检测器用于测量样品通过的旋光光束的强度，常用的检测器包括光电二极管和光电倍增管等。
- 计算机：圆二色谱仪还配备了计算机控制系统，用于控制实验参数、采集和处理数据等。
4. 圆二色谱仪的应用领域圆二色谱仪在许多领域中都有广泛的应用，以下列举了一些主要领域： - 药学研究：圆二色谱仪可以用于研究药物的手性性质，如药物对不同手性异构体的吸收、分布和代谢等。
- 生物化学：圆二色谱仪可以用于蛋白质和核酸的二级结构研究，进而揭示它们的功能和性质。
- 光学活性材料研究：圆二色谱仪可以用于研究光学活性材料（如液晶材料、染料等）的手性性质以及其与其他化合物的相互作用。
-环境分析：圆二色谱仪可以用于环境样品中手性化合物（如农药、药物残留等）的分析与检测。
5. 圆二色谱仪的优势与局限性圆二色谱仪有许多优势，如高灵敏度、高分辨率、快速测量等，使得它在实验室和工业研发中得到广泛应用。
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圆二色谱的原理
平面偏振光通过具有旋光 活性的介质时，由于介质 中同一种旋光活性分子存 在手性不同的两种构型， 它们对平面偏振光所分解 成的右旋和左旋圆偏振光 吸收不同，出射时电场矢 量的振幅不同，再次合成 的偏振光不是圆偏振光， 而是椭圆偏振光，从而产生 圆二色性。 圆二色性常用椭圆度θ表示， 是平面偏振光离开样品池 的角度。
ห้องสมุดไป่ตู้ 圆二色谱仪的装置
整个装置在氮气保护下进行，光源是氙灯，通过单色 器后变为单色光，经过起偏器后变为线偏振光，线偏 振光经过光电调制器分为左右圆偏振光，再经过具有 光学活性的试样，试样对左右圆偏振光的吸收不同， 从而合成椭圆偏振光，表现出圆二色性，在检查器上 表现出圆二色谱图，Δε为纵坐标，λ为横坐标。
圆二色谱的应用
圆二色谱在测定小分子化合物与DNA相互作用方面的研究， 主要是 DNA 与配基 (包括小分子和蛋白质等大分子) 相互 作用。圆二色谱可以测定DNA和蛋白质的空间结构，DNA 的圆二色谱是由其骨架结构中的不对称糖分子和由这些糖 分子的构型决定的螺旋结构所产生的，根据配基对原有的 DNA圆二色谱信号的影响,以及诱导产生的圆二色谱新信号 (ICD) 的不同特点, 不仅可以得知配基与 DNA 具有相互作 用, 还能推断配基与DNA 结合的不同模式。小分子与DNA 相互作用的典型方式有3种: 嵌入、沟结合和烷基化/金属化。
很多与 DNA 结合的配基本身无手性、无光学活性, 而与 DNA 相 互作用后, 使该配基的构象发生了改变, 成为具有手性的空间排列, 也可以通过和DNA 碱基的电子跃迁偶极矩间的偶合而产生 CD 信 号, 称为诱导的圆二色谱。在小分子与 DNA 混合样品的 CD 谱中, 如观察到 ICD的吸收带即表示该配基与 DNA存在着相互作用。
根据 DNA 与配基相 互作用产生的 ICD 的不同特征, 可以对 配基与 DNA 的作用 方式, 以及DNA分 子的几何形状进行
定性的、经验性的 推测。DNA嵌入剂 一般表现为强度最 大不超过 10 的ICD 信号, 如果ICD的信 号较强则表示配体 与 DNA小沟发生了 结合 (图 3)。
如果配基的电子跃迁偶极矩方向平行于碱基对的长轴方向, 则 ICD 信号为正，表示该分子的长轴与短链 DNA 的碱基对间处于平行的几何位 置（图A），如果垂直于碱基对的长轴方向, ICD 为负，表示该分子 的长轴与短链 DNA 的碱基对间处于垂直的几何位置（图B）。 圆二色谱可作为新药研究中辅助筛选的工具，300 nm 以上的 ICD 峰可以用来定量分析药物与 DNA 结合的强弱, 这种现象可应用于 筛选以 DNA 为靶点的与 DNA 相互作用的药物。300 nm以下的 ICD 是对 DNA 原正负峰的影响, 也有望用于此类筛选。
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的结合部位被酶完全占 据时,CPI的构象亦发生 变化,使之不再结合和抑 制木瓜蛋白酶,从CD谱来
看表现为复合物谱峰的 明显不同,其实质是二者 构象变化的共同贡献.
可以看出右旋的和左旋的 金纳米颗粒，金字塔形状 和四面体结构的金纳米晶 体，不同的形状圆二光谱 不同。
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圆二色谱对水稻巯基蛋白酶抑制 剂的研究
天然态CPI的圆二色谱 (CD谱)显示206nm和 222nm的双负峰，木瓜 蛋白酶的CD谱则218nm 处负峰210nm、222nm 处的负肩，当CPI与木瓜
蛋白酶以等摩尔数结合 后,此时的CD谱呈现 208nm、218nm处双负 峰,极值下移,说明蛋白质 的结构发生了变化。CPI