圆二色（CD）光谱是一种公认的用于测量蛋白质及其二级结构的生物物理技术, 不但被广泛用于测量蛋白质的二级结构, 而且可以检测二级及更高级结构的变化, 同时用于科学研究和蛋白质产品如生物制药的质量控制。 由于对CD光谱测量中的误差来源定量理解有限, 对光谱进行客观比较仍具有挑战性。 统计方法可用于比较, 但不提供处理系统性以及随机性误差的机制。 在任意两台仪器中进行的CD测量, 即使在可比较的条件下, 相同样品的光谱幅度（elipticity椭圆度, CD scale, 也称圆二色值）或波长也可能存在细微差异。 光源、 最终的光度输出和各个仪器之间入射光偏振的微小差异是导致圆二色值或波长产生差异的可能原因。 分析蛋白质CD光谱取决于原始CD数据的质量, CD解卷积分析强烈依赖于CD光谱中谱峰的圆二色值。 因此, 以一种α-螺旋为主导的蛋白质—细胞色素C为实验对象, 在对CD光谱仪进行校准的前提下, 对其浓度为0.05 mg·mL-1的水溶液进行圆二色光谱测定, 继而建立了0.05 mg·mL-1细胞色素C水溶液的CD光谱测量模型, 评估了其在波长222 nm谱峰圆二色值的不确定度。 圆二色值的不确定度来源主要有测量重复性、 校准溶液及蛋白溶液浓度的不确定度、 比色皿光程长的不确定度等。 经过仪器校准后, 综合考虑这些不确定来源, 得到0.05 mg·mL-1细胞色素C水溶液在波长为222 nm处谱峰的圆二色值及不确定度为(-4.53±0.54) mdeg, k=2。 通过不确定度评估, 发现在不确定分量中较为显着的为1 mm比色皿光程长不确定度和溶液配置过程引入的不确定度分量, 设法消除或降低这些因素的影响, 可以改进测量方法分析测量过程, 以实现CD光谱的客观比较, 提高CD谱图的可比性和可靠性, 为开展圆二色光谱测量的实验室间比对提供实验参考。

Human serum albumin (HSA) is the most abundant protein in plasma and plays an essential physiological role in the human body. Ethanol precipitation is the most widely used way to obtain HSA, and pH and ethanol are crucial factors affecting the process. In this study, infrared (IR) spectroscopy and near-infrared (NIR) spectroscopy in combination with chemometrics were used to investigate the changes in the secondary structure and hydration of HSA at acidic pH (5.6–3.2) and isoelectric pH when ethanol concentration was varied from 0% to 40% as a perturbation. IR spectroscopy combined with the two-dimensional correlation spectroscopy (2DCOS) analysis for acid pH system proved that the secondary structure of HSA changed significantly when pH was around 4.5. What’s more, the IR spectroscopy and 2DCOS analysis showed different secondary structure forms under different ethanol concentrations at the isoelectric pH. For the hydration effect analysis, NIR spectroscopy combined with the McCabe–Fisher method and aquaphotomics showed that the free hydrogen-bonded water fluctuates dynamically, with ethanol at 0–20% enhancing the hydrogen-bonded water clusters, while weak hydrogen-bonded water clusters were formed when the ethanol concentration increased continuously from 20% to 30%. These measurements provide new insights into the structural changes and changes in the hydration behavior of HSA, revealing the dynamic process of protein purification, and providing a theoretical basis for the selection of HSA alcoholic precipitation process parameters, as well as for further studies of complex biological systems.

羊乳β-酪蛋白比牛乳β-酪蛋白更容易被婴幼儿消化吸收, 主要原因是二者结构的不同。 目前对牛乳β-酪蛋白结构的研究较多, 但对羊乳β-酪蛋白的结构以及羊乳和牛乳β-酪蛋白结构差异的研究还鲜有报道。 蛋白质二级结构的信息可由光谱获得, 其中圆二色光谱是利用蛋白质分子中具有光学活性的生色基团对左、 右平面圆偏振光吸收不同, 对蛋白质结构进行表征的方法, 可以测定溶液状态下的蛋白质样品, 使蛋白质构象更接近其生理状态, 而且具有快速简便, 对构象变化灵敏等优点; 红外光谱则是利用蛋白质分子在振动过程中不同化学键或官能团对红外光吸收频率不同, 对蛋白质结构进行表征的方法, 可以测定固体状态下的蛋白质样品, 具有扫描速度快、 分辨率高、 可测波长范围广、 不易受蛋白质样品的分子大小和外界条件影响等优点。 圆二色光谱和红外光谱已被广泛应用于蛋白质构象的研究中, 但是结合使用这两种方法分析β-酪蛋白结构的研究还鲜有报道。 因此, 该研究采用圆二色光谱和红外光谱比较羊乳和牛乳β-酪蛋白的结构特点, 并利用分光光度法对二者的巯基含量及溶解性进行了分析, 从功能性质方面的不同对两种蛋白结构的差异进行更好的说明。 圆二色光谱测得羊乳和牛乳β-酪蛋白二级结构中主要以无规卷曲为主, 但羊乳β-酪蛋白的无规卷曲含量（50.2%±0.16%）显著高于牛乳β-酪蛋白（43.8%±0.14%）, 其有序结构中α-螺旋含量（2.7%±0.21%）、 β-折叠含量（15.3%±0.08%）显著低于牛乳β-酪蛋白（4.3%±0.13%, 19.5%±0.12%）, β-转角含量分别为31.8%±0.11%和32.4%±0.09%, 差异不显著; 红外光谱测得羊乳β-酪蛋白二级结构中α-螺旋、 β-折叠、 β-转角含量分别比牛乳β-酪蛋白低18%~20%, 9%~10%, 0.6%~1%, 无规卷曲含量比牛乳β-酪蛋白高17%~19%。 对两种蛋白功能性质的研究表明, 羊乳β-酪蛋白与牛乳β-酪蛋白表面巯基含量基本一致19~20 μmol·g-1, 但羊乳β-酪蛋白总巯基含量［（28.35±0.13） μmol·g-1］显著低于牛乳β-酪蛋白［（46.72±0.21） μmol·g-1］; 羊乳β-酪蛋白与牛乳β-酪蛋白的等电点较为接近（pH为4~5）, 且在等电点附近前者的溶解性低于后者, 而远离等电点时前者溶解性则高于后者。 研究结果说明与牛乳β-酪蛋白相比, 羊乳β-酪蛋白分子的无序性和柔韧性更高, 胶束内部结构更加的柔软疏松。

通过荧光光谱、 紫外光谱、 圆二色谱、 红外光谱、 核磁共振光谱研究肉桂醛与玉米醇溶蛋白间的作用机理, 为改善玉米醇溶蛋白膜的机械性能及抗菌性和抗氧化性提供研究依据。 通过三维荧光光谱检测, 发现肉桂醛对玉米醇溶蛋白有明显的荧光猝灭作用, 而且溶剂乙醇对猝灭现象有影响。 用紫外差谱观察到玉米醇溶蛋白在紫外区278 nm的吸收强度随肉桂醛浓度增大而加大, 但增加的幅度与浓度改变不成比例, 氨基酸残基的特征吸收峰的位置没有变化。 加入肉桂醛前后, 圆二色谱显示的两条曲线近乎重合。 利用全反射ATR附件测定傅里叶变换红外光谱, 发现加入肉桂醛之后, 1 650和1 538 cm-1的吸收峰峰位没有发生明显的变化, 但1 625 cm-1处出现了明显的肩峰, 体现了肉桂醛碳碳双键的吸收, 指纹区879.44 cm-1处的峰消失, 973.46 cm-1处出现新峰, 显示出肉桂醛反式双键的吸收, 说明玉米醇溶蛋白与肉桂醛发生了非键合作用。 对酰胺Ⅰ带进行自去卷积计算, 发现玉米醇溶蛋白的二级结构中α螺旋结构变化甚微, β转角发生显著改变。 通过核磁共振氢谱, 分析4个位置的质子H的化学位移, 仅改变了0.01, 而且加入肉桂醛1和4 h之后, 化学位移改变量相等, 证明肉桂醛与玉米醇溶蛋白的结合反应发生在蛋白表面。 对体系的热力学参数进行计算, 可知肉桂醛与玉米醇溶蛋白之间发生的是结合比为1∶1的自发结合反应; 在肉桂醛低浓度时, 猝灭常数随温度的升高而降低, 但变化不显著; 结合常数很大, 数量级达到105, 且随温度的升高而降低。 在有无肉桂醛的条件下, 对玉米醇溶蛋白荧光寿命的测定, 进一步确认二者之间发生的是静态猝灭。 综合多种光谱分析结果, 说明肉桂醛与玉米醇溶蛋白主要在芳香区的外部发生π—π堆积, 以静电力结合, 是静态猝灭机制, 与作用时间的长短无关。 结果表明玉米醇溶蛋白中加入肉桂醛, 对其二级结构不会造成明显的影响。

为了对玉米醇溶蛋白的改性研究及柠檬黄色素的安全使用评估提供理论依据，借助于荧光光谱法、紫外光谱法、全内反射-傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)自去卷积计算及核磁共振氢谱研究了人工合成色素柠檬黄对玉米醇溶蛋白构象的影响。结果表明，柠檬黄对玉米醇溶蛋白有明显的荧光猝灭作用，猝灭机理较复杂。柠檬黄可以与玉米醇溶蛋白结合，分子间主要以疏水作用力结合，利用Stern-Volmer方程和Vant Hoff 公式计算获得结合比为1∶1，结合常数Ka值较大。通过FTIR的自去卷积计算分析，这种结合反应导致玉米蛋白二级结构中α螺旋结构、β折叠和β转角均发生显著改变。核磁共振氢谱分析表明由于玉米醇溶蛋白具有两亲性，当溶剂为二甲基亚砜时，混合溶液为低极性环境，化学位移略向高磁场移动；当溶剂为重水D2O时，化学位移明显地向低磁场移动，而且这种作用与反应时间长短无关。进一步说明在极性和低极性的环境下柠檬黄都会引起玉米醇溶蛋白构象的改变。

动物胶和蛋清是古代重要彩绘文物蛋白胶结材料, 对其光老化蛋白质结构变化的研究与探索彩绘文物病变机理和选择科学保护材料、 修复方法密切相关。 以维也纳艺术历史博物馆的动物胶（骨胶、 兔皮胶、 鲟鱼胶）和蛋清为研究对象, 利用红外光谱技术, 结合酰胺Ⅰ带去卷积和高斯拟合法研究光老化过程中蛋白质二级结构的改变。 结果表明, 四种胶光老化后仍然具备蛋白质红外光谱的典型吸收特征。 但红外吸收峰出现了不同程度的位移, 其中蛋清糖苷键明显蓝移。 酰胺Ⅰ带去卷积和高斯拟合结果显示, 蛋白胶的二级结构占比发生了改变。 其中, 骨胶α-螺旋结构占比降低22.24%, 逐渐解螺旋, 无规则卷曲结构占比明显增高（9.76%）; 兔皮胶和鲟鱼胶α-螺旋结构占比分别降低5.31%, 4.15%, 前者无规则卷曲增幅最低（6.96%）, 后者反而减少, 推测两者的光老化稳定性高。 蛋清α-螺旋占比降低程度最高（44.45%）, 无规则卷曲占比增幅极大（27.49%）, 光老化稳定性最差。 证实利用红外光谱技术, 结合酰胺Ⅰ带去卷积和高斯拟合法研究文物蛋白胶料二级结构变化的方法是可行的, 但其转化机理还需后期进一步探讨。

以大气颗粒物中的高硅质矿物细颗粒——石英粉尘和重金属离子附载污染物Pb(Ⅱ)为实验材料, 人工制备载铅石英粉尘。 以16 g·L-1的载铅(Ⅱ)石英粉尘及不同浓度的PbCl2染毒大肠杆菌细胞, 观察染毒2 h后对机体的联合氧化损伤效应, 并探讨其对大肠杆菌表面基团及蛋白酰胺I带二级结构的影响。 结果表明, 与Pb(Ⅱ)、 载铅石英粉尘作用后, 大肠杆菌细胞活力降低, 胞内活性氧(ROS)及丙二醛(MDA)产生增多、 谷胱甘肽(GSH)含量下降, 引起细菌氧化应激水平的提高； 皮尔逊(Pearson)相关性分析显示载铅石英粉尘的细菌毒性与粉尘中Pb(Ⅱ)可交换态含量成正相关, 载带高浓度Pb(Ⅱ)的石英粉尘组胞内ROS/MDA水平与其单纯石英粉尘组和Pb(Ⅱ)组比较显著增加(p<005)； 重金属Pb(Ⅱ)、 载铅石英粉尘对大肠杆菌菌体表面基团的影响主要集中于磷酸二酯基团和表面多糖分子, 采用二阶导、 去卷积和谱线拟合技术对酰胺Ⅰ带特征峰(1 600～1 700 cm-1)进行分峰拟合后发现, 与Pb(Ⅱ)、 载铅石英粉尘(Q-Pb-0, Q-Pb-3)作用后, β-sheets/α-helices的比值由对照组的141分别降低到133, 127和122, 表明细菌表面蛋白质结构发生了变化, 从而可能影响了细菌的生理活动。 研究表明自由基所产生的氧化损伤可能是载Pb(Ⅱ)石英粉尘的一种重要毒性作用机制, 载带Pb(Ⅱ)的复合石英粉尘在致大肠杆菌机体氧化损伤效应方面二者存在一定的协同作用。

研究了牛肉蛋白质二级结构稳定性在-18, -23及-38 ℃不同温度下的变化情况, 明确了肉品工业中不同冷冻温度对肉品品质的作用机制。 利用了傅里叶变换衰减全反射红外光谱（attenuated total reflectance Fourier transfer infrared spectroscopy, ATR-FTIR）技术、 自动去卷积以及曲线拟合等计算方法, 分析了-18, -23及-38 ℃三个温度下, 牛肉肌原纤维蛋白（myofibrillar protein, MP）在冻结—解冻过程中的红外光谱图变化及蛋白质二级结构变性程度。 ATR-FTIR结果显示, 冻结—解冻过程中牛肉MP红外光谱图峰高、 峰面积发生变化, 且峰波数发生红移或者蓝移; 冻结—解冻后牛肉MP红外光谱图中3 500～3 300 cm-1波段的吸收峰强度减弱甚至消失, 说明解冻后牛肉MP中的结合水中O—H基团与氨基酸CO基团形成的分子内和分子间氢键断裂; 冻结会影响牛肉MP二级结构的稳定性, 导致牛肉蛋白质二级结构发生变化, 其中除了无规则卷曲比例上升以外, α-螺旋、 β-折叠、 β-转角含量均下降, 造成有序结构向无序结构转变; 解冻后, 冻结温度为-38 ℃的处理组牛肉β-折叠增加量大于-23和-18 ℃处理组, -38 ℃冻结牛肉MP二级结构的稳定性最好, 解冻后蛋白质复性也最好。 即蛋白质冷冻变性程度随着冻结温度的降低而减轻, 蛋白质二级结构特征保持也越好。 该试验研究基于肉品工业生产实际, 研究结果从微观层面揭示了冻结温度对牛肉蛋白质变性的影响规律及可能的机制, 为冷冻肉冻藏保鲜工艺制定提供了参考。

测定了不同温度下面粉蛋白质酰胺 Ⅲ 带的一维红外光谱,二阶导数红外光谱和去卷积红外光谱.研究发现:随着测定温度的升高,面粉蛋白质中的 α-螺旋结构的、β-转角结构、无规卷曲结构和 β-折叠结构红外吸收强度均有所增加.进一步研究了面粉蛋白质酰胺 Ⅲ 带的二维红外光谱.研究发现:随着测定温度的升高,面粉中蛋白质酰胺 Ⅲ 带的红外吸收强度变化快慢趋势是:1312 cm-1(α-螺旋结构)> 1285 cm-1(β-转角结构)> 1260 cm-1(无规卷曲结构)> 1229 cm-1(β-折叠结构).

人乳中β-酪蛋白为婴儿的快速生长提供了最适宜的氨基酸、钙磷等。以往的研究均是对牛乳的β-酪蛋白二级结构进行分析, 而牛乳β-酪蛋白对婴儿配方乳的指导意义不如人乳β-酪蛋白, 且人乳β-酪蛋白难以获得合适的蛋白晶体, 其三级结构不清楚。为了获得中国人乳β-酪蛋白二级结构的相关基础信息, 采用圆二色光谱(CD)法和拉曼光谱(Raman)法分析在不同pH条件下其二级结构的变化, 结果表明: pH值的改变能够诱导中国人乳β-酪蛋白二级结构的改变, CD分析表明β-酪蛋白各部分的二级结构分别是: 0.5%~2% α-螺旋, 16%~18% β-折叠, 30%~34% β-转角, 49%~51% 无规则卷曲;随着pH的增加, 部分结构发生了变化, α-螺旋在pH 8处含量增加, 而在pH 10处含量减小。拉曼光谱分析表明: β-酪蛋白在酰胺I的特征峰在1 662 cm-1处, 分析出β-酪蛋白的无规则卷曲含量较高。同时, 根据I850/I830的比值计算出β-酪蛋白的酪氨酸残基趋向于“暴露式”。圆二色光谱和拉曼光谱都证明了人乳β-酪蛋白二级结构中无规则卷曲的含量最高, 而β-折叠和β-转角含量保持相对的稳定。并且, 在pH 8条件下, α-螺旋含量高于在其他pH条件下的含量。