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图1 电矢量长度不同时,合成光是椭圆偏振光
图2 旋光角和椭圆值的示意图
图3 典型的蛋白质的圆二色谱
图4 典型的核酸的圆二色谱

  对R和L两种圆偏振光吸收程度不同的现象。这种吸收程度的不同与波长的关系称圆二色谱,是一种测定分子不对称结构的光谱法。在分子生物学领域中主要用于测定蛋白质的立体结构,也可用来测定核酸和多糖的立体结构。

  光是一种电磁波。假如用电矢量来表示,光的前进就是由矢量端点在一特定的平面里沿正弦波运动的轨迹。对于自然光讲,正弦波振动的平面是随机的。如有一束光,它所有的电矢量的振动平面都是相互平行的,这种光称为平面偏振光。有一种特殊的情况,光前进的过程中电矢量绕前进轴转动,若电矢量的绝对值不变,则运动轨迹的投影是一个圆,这时就变成圆偏振。面对光前进的方向看去,电矢量端点的圆运动可以是顺时针方向的,也可以是逆时针方向的,因此圆偏振有R与L两种。

  假如 L与 R两束圆偏振光在一起辐射,强度、速度、频率和位相都相同,它们就会叠合成一束平面偏振光。如波长λ的L光和R光的光强度相等,在光学各向异性物质中传播某一距离后,它们的综合光将变成椭圆偏振光,椭圆的长轴处于两个圆偏振的电矢量相叠合的地方。假如两个圆偏振的传播速度也不相同,而所经的途径与上述相同,则叠合的椭圆偏振光的长轴与上面所述的椭圆偏振光的长轴相夹θ角(图1)。

  由不对称分子组成的物质是光学各向异性的,即L与R两束圆偏振光在这类物质中的传播速度不相等。 假如光学各向异性物质在某一波长 λ有吸收,那将在该时对L光和R光有不同的吸收,如该物质的吸光率是A,而对L光和R光的吸光率是AL和AR,AL和AR的差ΔA=AL-AR,称为圆二色性。

  从(图2)可看出,因光吸收不同而产生的椭圆的形状与ΔA有直接的关系。θ称为椭圆值,也是一种定量描述圆二色性的单位。在条件相同的情况下,θ=3300ΔA。

  在蛋白质分子中,肽链的不同部分可分别形成α-螺旋、β-折叠、β-转角等特定的立体结构。这些立体结构都是不对称的。蛋白质的肽键在紫外185~240纳米处有光吸收,因此它在这一波长范围内有圆二色性。几种不同的蛋白质立体结构所表现的椭圆值波长的变化曲线──圆二色谱是不同的。如(图3)所示,α-螺旋的谱是双负峰形的,β-折叠是单负峰形的,无规卷曲在波长很短的地方出单峰。蛋白质的圆二色谱是它们所含各种立体结构组分的圆二色谱的代数加和曲线。因此用这一波长范围的圆二色谱可研究蛋白质中各种立体结构的含量。

  蛋白质含酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸,它们在240~350纳米处有光吸收,当它们处于分子不对称环境中时也表现出圆二色性。这一范围的圆二色性反映出在蛋白质分子中上述氨基酸残基环境的性质。

  核酸中所含糖有不对称的结构,它们所含的双螺旋结构也是不对称的。它们在185~300纳米范围内也有特征的圆二色谱(图4)。这些谱与核酸的立体结构的关系虽不甚显著,但也可以用它研究某些立体结构。同时圆二色谱与核酸的碱基配对数有关系,因此也可用圆二色谱研究核酸的化学组成。

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