圆二色光谱_CD_
cd圆二色谱
cd圆二色谱
CD圆二色谱（Circular Dichroism Spectroscopy）是一种用于研究生物分子结构和构象的实验技术。
它主要基于物质对不同的圆偏振光的吸收差异，通过测量对左旋和右旋圆偏振光的吸收来获取信息。
CD圆二色谱广泛应用于蛋白质、核酸、多肽等生物大分子的结构和构象分析。
通过测量样品在紫外可见光谱范围内的圆二色性，可以获取关于其二级结构、螺旋、折叠状态、聚集形式等信息。
在CD圆二色谱实验中，使用CD光谱仪来测量样品吸收的圆二色性。
该仪器发送出圆偏振光，样品对左旋和右旋圆偏振光的吸收程度不同，进而形成不同的CD谱。
通过解析和解释CD谱，可以了解样品分子结构的特征。
CD圆二色谱是一种非破坏性、快速、灵敏的技术，可以用于分析溶液态和固态样品，包括纯样品、混合物和复杂体系。
它在生物化学、生物物理、药物研发等领域有广泛应用，提供了对生物分子结构和构象的研究和解析。
需要注意的是，解释CD圆二色谱结果需要具备相关的专业知识和经验。
圆二色光谱测量
圆二色光谱测量
圆二色光谱（简称CD）是研究稀溶液中蛋白质构象的一种快速、简单、较准确的方法，广泛应用于蛋白质的构象研究中。
以下是其测量步骤：
准备样品：确保样品的纯度达到圆二色光谱所要求的纯度（约96%）。
设定仪器参数：在室温下，使用日本产JASCO J-810圆二色谱仪，测定远紫外190-240 nm的光谱。
设定分辨率、带宽、灵敏度和扫描速度等参数。
测定样品：将样品放入样品杯中，设置适当的浓度（例如100 μg/ml）和光径（例如0.2 cm）。
记录数据：按照设定的参数进行测量，并记录光谱数据。
分析数据：使用杨氏算法（Yang. Jsr）等计算方法，将测得的光谱数据与已知的蛋白质二级结构（如Helix、Beta、Turn和Random）的特征谱线进行拟合，结合样品的摩尔浓度进行计算，可以得到溶液中多肽的各种二级结构的含量及比例。
圆二色光谱是研究蛋白质二级结构的主要手段之一，具有快速简便、灵敏度高和对构象变化敏感等优点，对蛋白质的构象研究具有重要意义。
CD(圆二色)光谱的理论和实验
P2
M2 P1 M3
M5
S3 L
F CDM
SH
PM
赵南明， 周梦海 《生物物理学》 /products/cd
园二色谱的应用
圆二色光谱利用左旋、右旋偏振光（ 手性光）通过一定的物质时所显示的总的 旋光性的不同， 而判定该物质的结构或结构变化。
1．测定生物大分子的结构
2 12 2 , 0 V12 r12 1 2 , 0 2 , , r12
N. Berova and K. Nakanishi, Circular Dichroism: Principles and Applications, Wiley-VCH, New York, 2nd ed., 2000 Exciton Chirality: Fundamentals and Frontiers, Monatsh. Chem., 2005, 136(3)
Ⅴ停留技术&固态CD光谱
亮氨酸拉链式多肽在GdmCl中变形后再折叠过 程在220nm处的停留CD曲线
PVA 膜、α - Ni(H2O)6.SO4 单晶的固态 CD谱
M. Kelly, et al., Biochimica. Biophysica., 2005, 1751, 119-139 R. Kuroda, et al., Rev. Sci. Instrum., 2001, 72, 3802-3810
圆二色光谱α螺旋
圆二色光谱α螺旋
圆二色性（Circular Dichroism，简称CD）光谱是一种用来研究分子结构的光谱技术。
圆二色光谱可以探测到分子中光的偏振状态随时间的变化，通过分析这种变化可以得到分子结构的信息。
α-螺旋是蛋白质二级结构的一种形式，它是由多肽链上的氨基酸残基通
过氢键连接而成的螺旋结构。
当圆二色光谱用于分析α-螺旋结构时，可以观察到特定的CD信号。
α-螺旋结构会导致
入射光在穿过蛋白质溶液时，左旋光和右旋光的吸收程度不同，因此产生圆二色信号。
这种信号的变化与α-螺旋的密度和扭曲有关。
具体来说：
1.α-螺旋的密度：当α-螺旋密度较高时，CD信号通常更强。
这是因为高密度的α-螺
旋会导致更多的螺旋段落在光传播路径上，从而增强CD信号。
2.α-螺旋的扭曲：α-螺旋的扭曲程度也会影响CD信号。
如果α-螺旋紧密且扭曲较大，CD信号通常会在特定的波长处更强。
通过分析圆二色光谱，科学家可以定量地测定蛋白质中α-螺旋的含量和结构特征，这对
于理解蛋白质的三维结构和功能关系具有重要意义。
此外，圆二色光谱还可以用来研究
α-螺旋与其他二级结构（如β-折叠）之间的相对比例，以及蛋白质在不同条件下的结
构变化，如pH、温度和化学修饰等因素的影响。
圆二色光谱_CD_分解
蛋白质CD光谱分析——定量分析
基本原理： 假设蛋白质在波长λ处的CD信号是蛋白质中各种二 级结构组分的线性加和，则有等式：
C f i Ci
假设溶液态蛋白质与晶体中的二级结构相同，则可利用已知二级结构 的蛋白质或多肽的CD光谱作为参考数据，对未知蛋白质的二级结构进 行拟合计算，能得出α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规线团等结构所占的 比例。 用于拟合的参考蛋白质共有48种，包括有Johnson等报道的29种， Keiderling等报道的5种， Yang等报道的6种及Sreerama等最近报道的3种 球蛋白和5种失活蛋白质。
圆二色光谱（CD光谱）
主要内容
1 2 3 4 5 6 预备知识 圆二色光谱 圆二色光谱仪的基本构造
CD光谱在蛋白质结构研究中的应用
蛋白质CD光谱图的分析 CD样品制备及条件选择
预备知识
平面偏振光:
振动方向保持不变（只 在一个平面上振动） 振幅发生周期性变化
平面偏振光的产生: 自然光通过起偏器（偏振 片或Nicol棱镜）。
蛋白质的圆二色特征
(1)光学活性基团及折叠结构； (2)250nm以下的光谱区，肽键的电子跃迁引起； (3)250~300nm光谱区，侧链芳香基团的电子跃迁引起； (4)300~700nm光谱区，蛋白质辅基等外在生色基团引起。
蛋白质CD光谱分析——定性分析
分子构象 电子跃迁 形式 n→π ﹡ π →π ﹡ 极值的波长 [θ]*103 Deg.cm2/dmol -38~-40 -36~-40 72~86
calc obs 2 2 1 2 ( C C ) ( N ) CD光谱分析——定量分析
CDSSTR： Johnson综合了几种方法的特点，发展起来的 一种新的计算拟合方法。其特点是只需要最少量的参考蛋 白质，就能得到较好的分析结果。拟合计算时，先从已知 精确构象的蛋白质中任意挑选，组成参考蛋白质。每次组 合结果应满足3个基本选择条件： (1)各二级结构分量之和应在0.95~1.05之间； (2)各二级结构的分量应大于-0.03； (3)实验光谱与计算光谱间的均方根应小于0.25。 最后的拟合结果是能满足以上 3 个规则所有结果的平 均值。
CD圆二色谱解读：探索生物大分子结构之谜
CD圆二色谱解读：探索生物大分子结构之谜一、圆二色谱的神秘面纱圆二色谱（Circular Dichroism，简称CD）是一种光谱学方法，用于研究生物大分子（如蛋白质和核酸）的结构。
它的原理是基于生物大分子对左旋和右旋偏振光的吸收差异。
这种差异反映了生物大分子的立体结构，因此，CD圆二色谱被广泛应用于生物制药分析领域。
二、CD圆二色谱的工作原理CD圆二色谱的工作原理是基于生物大分子的手性。
手性是一种物质的基本性质，表现为对左旋和右旋偏振光的吸收差异。
生物大分子（如蛋白质和核酸）都具有手性，因此，通过测量其对左旋和右旋偏振光的吸收差异，可以获取其立体结构信息。
三、CD圆二色谱的应用CD圆二色谱的应用非常广泛，主要用于生物大分子的结构研究。
例如，通过CD圆二色谱，我们可以确定蛋白质的二级结构，包括α-螺旋、β-折叠和随机卷曲等。
此外，CD圆二色谱还可以用于研究蛋白质的热稳定性、酶活性、配体结合等性质。
四、CD圆二色谱的优势CD圆二色谱的优势在于其简单、快速和无损。
首先，CD圆二色谱的操作简单，只需要将样品溶解在适当的溶剂中，然后通过光谱仪进行测量。
其次，CD圆二色谱的测量速度快，一般只需要几分钟就可以完成。
最后，CD圆二色谱是一种无损检测方法，不会对样品造成损害，因此，可以用于研究生物大分子的动态过程。
五、CD圆二色谱的挑战与未来尽管CD圆二色谱具有许多优势，但也面临一些挑战。
例如，CD圆二色谱对样品的浓度和纯度要求较高，对于浓度低或杂质多的样品，可能无法获得准确的结果。
此外，CD圆二色谱只能提供生物大分子的平均结构信息，无法获取其具体的三维结构。
然而，随着科技的进步，我们有理由相信，CD圆二色谱的应用将更加广泛。
例如，通过结合其他技术（如核磁共振和X射线晶体学），我们可以获取生物大分子的更详细的结构信息。
此外，通过改进光谱仪的设计和优化测量方法，我们可以提高CD圆二色谱的灵敏度和准确性。
图1。
百泰派克生物科技——生物制品表征，多组学生物质谱检测优质服务商。
圆二色光谱仪(cd)表征
圆二色光谱仪(cd)表征
圆二色光谱仪（CD）表征是一种用于研究分子结构和构象，分析
蛋白质、核酸等生物大分子二级结构的高分辨率技术。
CD技术最早应
用于化学领域，如化学键反应的研究，现已广泛应用于生物学、药物学、医学和材料科学等领域。
基本原理：
CD是强度吸收差谱测量技术，利用手性分子（不能跟其镜像重合的化
合物）的特性，根据其在右旋偏振光和左旋偏振光的不同吸收，来研
究分子的构象。
CD谱从波长190-320 nm可见，用强度差Δ A（CD）
或直接CD值来描述。
实验步骤：
1. 样品制备：将样品置于薄膜中，厚度约为0.1 mm，避免空气泡存在。
2. 光路检查：将样品放入样品室中，进行波长和基线的设置。
3. 监测：加入滴定管，记录CD强度吸收差随波长的变化。
4. 数据分析：通过CD曲线分析获得蛋白质、核酸等分子的二级结构信息。
应用领域：
1. 生物学领域：通过CD表征技术，可分析蛋白质的二级结构、折叠及稳定性等特性，还可以分析酶、抗体、肽、鸟苷酸等分子的构象。
2. 药物学领域：CD表征技术可用于研究药物与其靶点的相互作用，交
互作用、配基特征和构象等。
3. 材料科学领域：CD技术可用于研究由低分子化合物构成的配合物，聚合物和纳米粒子等材料的超分子组装过程。
总结：
CD表征技术是研究大分子结构与构象的重要方法，其广泛的应用领域包括生物学、药物学、医学和材料科学等领域。
通过CD分析获得的分子结构与构象信息对新药研究、药物设计和新材料的开发具有重要的指导意义。
圆二色光谱原理
圆二色光谱原理
圆二色光谱（Circular Dichroism Spectra，CD）是一种基于光学原理的分析技术，用于研究物质的立体结构及其变化。
它是一种非常有用的物理技术，被广泛应用于化学、生物、材料科学等领域。
圆二色光谱仪原理：
采用特性少高効率的28度入射角干涉仪、集光効率高的光学系、扫除双折射元件的反射光学系，高精度控制光轴，经过控制伪影和经时变化使设备始终保持状况。
圆二色光谱由适合VCD的演算法的DSP确定检测功用、完成了信噪比的大幅度改善，经过运用只透过VCD光谱测量目标吸收带的窄带滤光片，可以测得现有办法测不到的细小波峰。
运用圆二色光谱仪运用注意事项：
1、仪器产生毛病时应及时报告技术人员处理.仪器产生异常现象时，马上封闭电源，保护现场并及时上报。
2、不乱按键盘，操作人员不得进入操作规程规则以外的任何程序，不得按规则以外的任何功用键.卸下火花台板时要轻拿轻放，避免内外表划伤.取出火花室内圆石英垫片和玻璃套管时必须谨慎当心，避免操作不当致其破碎。
3、压样品夹子要笔直，不得在未夹好样品时按激起键，不得在激起时接触或抬起样品夹.假如遇到激起时声响很大，应该按F3键中止，不允许直接抬起样品夹，不然易造成电路板焚毁。
4、激起样品后在火花台内产生黑色沉积物可导致电极与火花台之间短路，所以火花台应定期清理。
5、非岗位人员不得随意进入机房，机房内制止吸烟，吃食物。
6、假如遇到突然断电时，应先关总，再将其它电源封闭，等到来电后，按规程条款进行开机操作。
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主要内容
1 2 3 4 5 6 预备知识 圆二色光谱 圆二色光谱仪的基本构造
CD光谱在蛋白质结构研究中的应用
蛋白质CD光谱图的分析 CD样品制备及条件选择
预备知识
平面偏振光:
振动方向保持不变（只 在一个平面上振动） 振幅发生周期性变化
平面偏振光的产生: 自然光通过起偏器（偏振 片或Nicol棱镜）。
无 规 卷 曲 向 β 折 叠 转 化
蛋白质CD光谱分析——定量分析
基本原理： 假设蛋白质在波长λ处的CD信号是蛋白质中各种二 级结构组分的线性加和，则有等式：
C f i C i
假设溶液态蛋白质与晶体中的二级结构相同，则可利用已知二级结构 的蛋白质或多肽的CD光谱作为参考数据，对未知蛋白质的二级结构进 行拟合计算，能得出α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规线团等结构所占的 比例。 用于拟合的参考蛋白质共有48种，包括有Johnson等报道的29种， Keiderling等报道的5种， Yang等报道的6种及Sreerama等最近报道的3种 球蛋白和5种失活蛋白质。
CD测量的样品准备及条件选择
例 :
扫描波长范围（Range）250 ~190 nm； 辨析率（Resolution）0.5 nm ； 波长宽度（Band width）1.0 nm； 灵敏度（Sensitivity）20mdeg ； 响应度（Response）0.5 sec； 扫描速度（Speed）200 nm/min； 扫描次数（Accumulation）6。
α-螺旋 （α-helix）
221~222nm(-) 207~210nm(-) 191nm(+)
β-折叠 （β-sheet）
β-转角 （β-turn）
n→π ﹡ π →π ﹡
n→π ﹡ π →π ﹡
217~218nm(-) 195~197nm(+)
227nm(-) 弱 200~205nm(+) 192.5(-)强 230nm(-) 215~218nm （+）
蛋白质的圆二色特征
(1)光学活性基团及折叠结构； (2)250nm以下的光谱区，肽键的电子跃迁引起； (3)250~300nm光谱区，侧链芳香基团的电子跃迁引起； (4)300~700nm光谱区，蛋白质辅基等外在生色基团引起。
蛋白质CD光谱分析——定性分析
分子构象 电子跃迁 形式 n→π ﹡ π →π ﹡ 极值的波长 [θ]*103 Deg.cm2/dmol -38~-40 -36~-40 72~86
蛋白质CD光谱分析——定量分析
计算方法和拟合程序：
已报道的计算方法和拟合程序较多，按先后分别有：
多级线性回归：拟合程序为G&F，LINCOMB，MLR；
峰回归：拟合程序为CONTIN； 单值分解：拟合程序为SVD；
凸面限制：拟合程序为CCA；
神经网络：拟合程序为K2D； 自洽方法：拟合程序为 SELCON ；以及最近发展的一种联用方
圆二色光谱仪的基本构造
美国Aviv公司 Model400型圆二色光谱仪
圆二色光谱在蛋白质结构研究中的应用 蛋白质的圆二色性
(1)由氨基酸通过肽键连接而成； (2)光学活性基团：肽键、芳香氨基酸残基、二硫桥键； (3)蛋白质有多个结构层次，相同的氨基酸序列，因蛋白 质的折叠结构不同，基团的光学活性受到影响。
195~202nm(-)强
-19~-ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1 28~42
无规卷曲 (random coil)
π →π ﹡
-1.6 1~2 -25~-50
蛋白质CD光谱分析——定性分析
蛋白质CD光谱的波长范围：远紫外区（185-245nm)、近紫外区（245-320nm)
α —螺旋
β —折叠
β —转角
P2结构
蛋白质CD光谱分析——定性分析
法，拟合程序为CDSSR 。
蛋白质CD光谱分析——定量分析
SELCON：Sreermna和Woody在原有的一些算法上进行 改进得到，其新的计算程序为SELCON3 程序采用自洽 算法，假设待测蛋白质的二级结构与某种已准确测定结 构的参考蛋白质相同，用测量的CD谱取代参考蛋白质的 CD谱，用单值分解算法(SVD)和多种局部线性化模型， 反复计算取代后的收敛性。 CONTIN ：由Provencher 和 Glokner 提出，最新的拟合程 序是CONTIN／LL。该方法采用峰回归算法，假设待测 蛋白质的 CD 光谱是 N 个已知构象的参考蛋白质 CD 光谱 的线性组合，进行拟合计算，使下面函数的值最小。
calc obs 2 2 1 2 ( C C ) ( N ) j n N
1
j 1
蛋白质CD光谱分析——定量分析
CDSSTR： Johnson综合了几种方法的特点，发展起来的 一种新的计算拟合方法。其特点是只需要最少量的参考蛋 白质，就能得到较好的分析结果。拟合计算时，先从已知 精确构象的蛋白质中任意挑选，组成参考蛋白质。每次组 合结果应满足3个基本选择条件： (1)各二级结构分量之和应在0.95~1.05之间； (2)各二级结构的分量应大于-0.03； (3)实验光谱与计算光谱间的均方根应小于0.25。 最后的拟合结果是能满足以上 3 个规则所有结果的平 均值。
CD测量的样品准备及条件选择
测试用的蛋白质样品中应避免含有光吸收的杂质，缓冲 剂和溶剂在配制溶液前最好做单独的检查，透明性极好 的磷酸盐可用作为缓冲体系。 CD光谱的测量一般在蛋白质含量相对低(0.01~0.2g/L)的 稀溶液中进行，溶液最大的吸收不超过2。 溶液浓度的测定：紫外光谱法、定量氨基酸分析；缩二 脲方法、测氮元素的浓度、考马斯亮蓝染料结合比色法、 在完全变性条件下测芳香氨基酸残基的吸收。（《蛋白 质分子基础》高等教育出版社） 测试条件：环境温度 25℃， 相对湿度60%。
电场矢量
传播方向
起偏器
预备知识
圆偏振光: 振幅保持不变，而方向周期性变化，电场矢量绕传播方向 螺旋前进。
左右旋圆偏振光：
预备知识
光学活性物质 能使射入物质的平 面偏振光的偏振面旋 转的物质称为旋光性 物质或光学活性物质。 具有手性结构的分子 才有光学活性。 圆二色性 当光通过光学活性物质时，介质对左右旋圆 偏振光的吸收率不同，二者的差称为该物质 的圆二色性（circular dichroism，简写为 CD）。
圆二色光谱
光学活性物质对左右旋圆偏振光的吸收率之差 是随入射偏振光的波长变化而变化的。以 或有关量为纵坐标，波长为横坐标，得到的图谱。 由于 绝对值很小，常用摩尔椭圆度 来代替， 二者的关系是：
圆二色光谱
当光学活性化合物对光没有特征吸收时，在谱图 中仅为一条近似水平的直线。 当光学活性化合物对光存在特征吸收时，通常有 两种情况：当 > 时，得到一个正性的圆二色 光谱曲线；当 < 时，得到一个负性的圆二色 光谱曲线。