拉曼光谱在生物色素研究分析利基半岛综合体育官方APP下载德甲

丹尼尔·b·托马斯^一个和Cushla m . McGoverin^b

^一个自然科学和数学科学研究所梅西大学、新西兰奥克兰。
电子邮件:(电子邮件保护)
^b多德墙中心光子和量子技术,物理系,奥克兰大学、新西兰奥克兰

介绍

色素酶活性有重要的作用,生态系统的各种各样的生物,从单细胞藻类、真菌、植物和动物(见,例如,图1)。生物色素用于通信和伪装,以及保持健康、生产和循环呼吸气体,以及许多其他功能。色素的研究经常鼓励与生物学背景的研究人员,熟悉分析仪器更常用的专用的化学家。紫外/可见光谱(UV / vis)和高效半岛综合体育官方APP下载德甲液相色谱法(HPLC)是生物色素研究的主食,而前者是无损,后者通常用于化学鉴定。拉曼光谱结合半岛综合体育官方APP下载德甲成一个单一的技术这两个优势,但在色素生物学研究是相对未得到充分利用。拉曼光谱提供半岛综合体育官方APP下载德甲了分子中的官能团的信息,可以用来识别生物色素。拉曼光谱在色半岛综合体育官方APP下载德甲素广泛使用的潜力研究与高效液相色谱法和UV / vis。这个简短的评论文章的目的是展示如何使用拉曼光谱在生物色素的研究中,开始研究类胡萝卜素的色素。半岛综合体育官方APP下载德甲

类胡萝卜素

金丝雀的特征颜色,金盏花,胡萝卜和蝴蝶都是黄色到橙色的例子类胡萝卜素赋予的红颜色。类胡萝卜素包含40个碳原子和分为两类的基础上是否存在氧气,分别叶黄素和胡萝卜素。类胡萝卜素是由共轭双键链可能会或可能不会被终止的环形结构。这些共同的结构特征导致三个类胡萝卜素在拉曼光谱特征峰:C = C伸展在1500 - 1535厘米¹碳碳拉伸,1145 - 1165厘米¹和C-CH₃变形在1000 - 1010厘米¹。类胡萝卜素在终止环之间的结构差异,多烯侧链和多烯长度改变这三个主要的拉曼转变山峰,并介绍类胡萝卜素的特定的小山峰。因此可能使用这些山峰及其他们的位置使用拉曼光谱识别的类胡萝卜素。半岛综合体育官方APP下载德甲这种方法最近被用于无损表述最丰富的类胡萝卜素在36种鸟类的羽毛。¹然而,这些光谱都来自一个相似矩阵,鸟羽毛角蛋白,因此基体效应并没有引入光谱差异的一个重要来源,扰乱类胡萝卜素描述当羽毛光谱进行比较。类胡萝卜素是环境依赖的拉曼光谱;因此,从生物组织光谱相比不应该提取类胡萝卜素的光谱识别类胡萝卜素的目的。例如,芒果组织(Mangifera籼)包含一个单一形式的类胡萝卜素,β-胡萝卜素;C = C拉伸模式芒果组织拉曼光谱的峰值出现在1529厘米¹然而,在拉曼光谱中提取β-胡萝卜素的记录这个峰值在1515厘米¹。²提取和matrix-bound类胡萝卜素的光谱之间的差异是,在某种程度上,由于形状变化引起的矩阵。多烯链的平面性的变化导致峰值变化,尤其是C = C拉伸乐队。此外,矩阵可能提供不同疏水性的环境,这将影响的程度高度疏水性类胡萝卜素与周围的矩阵,如红色的类胡萝卜素番茄红素存在于番茄作为微晶聚合由于水的性质矩阵。

未被取代的线性聚乙炔

明亮的生物色素在海洋环境也十分常见,如红色的骨架Corallium海扇珊瑚。珊瑚海粉丝和许多其他octocorals(即八对称性)也可以有黄色,粉红色和紫色的骨骼,这些exclusively-marine动物有很长的历史的收获用于珠宝和其他装饰品。尽管几个世纪的交易价值,octocoral骨架的颜料的基础仍然是未知的。最近的研究色素octocoral骨架与拉曼光谱寻求结束神秘和恢复光谱主要山峰约1100 - 1120厘米半岛综合体育官方APP下载德甲¹和1500 - 1520厘米¹,但光谱没有一个强大的峰值为1000厘米¹。这些光谱表明,octocoral色素可能“psittacofulvins”,一群颜料,先前只报告鹦鹉羽毛。³⁴

鹦鹉是不寻常的鸟类中,红色,橙色和黄色羽毛的颜色不是类胡萝卜素的色素沉淀的结果。相反,鹦鹉实现色彩鲜艳的羽毛和一群不饱和线性醛(polyenals),色素化合物结构的第一个预测与拉曼光谱。半岛综合体育官方APP下载德甲⁵与类胡萝卜素分子,共轭碳骨干psittacofulvins产生强大的C = C(例如:1500 - 1520厘米¹)和碳碳(如1100 - 1120厘米¹在拉曼光谱峰。的脊椎psittacofulvins并不像它们在类胡萝卜素,甲基化和C-CH₃变形模式(例如1000厘米¹),可以帮助确定一个类胡萝卜素的光谱缺席鹦鹉羽毛(参见图2)。相比之下,光谱从octocorals小峰约1004 - 1020厘米¹归因于C-CH₃摇摆。尽管octocoral色素完全解决结构尚未报道,C-CH的存在₃摇摆高峰在前是强有力的证据,octocorals和鹦鹉的羽毛有不同的颜料。拉曼光谱表明半岛综合体育官方APP下载德甲octocoral和鹦鹉颜料也有类似的建筑,一个未被取代的线性聚乙炔骨干,⁴但这“psittacofulvins”仍然是一个parrot-specific羽毛色素。

四吡咯

鸟类获得生动的和一套从化学角度而言颜料着色,包括四吡咯颜料,蛋壳颜色的表面。布朗蛋壳颜色与原卟啉IX(如鸡蛋),血红素的前体macrocycle,和经典的“蔚蓝”和蓝绿色壳颜色赋予胆绿素,一个线性四吡咯颜料从血红素分解。蓝绿色和棕色色素有助于伪装鸡蛋和可以帮助父母区分自己的蛋的蛋窝寄生虫(如杜鹃)了。虽然大多数色素蛋壳是棕色,蓝绿色或混合物,一些相对罕见的蛋壳是粉红色,橙色或绿色。⁶一个优雅的凤头鸟类之一种的亮绿色蛋壳(Eudromia线虫)最近与拉曼光谱研究。半岛综合体育官方APP下载德甲⁷七峰从优雅的拉曼光谱冠鸟类蛋壳确定了四吡咯颜料和杰出的胆绿素原卟啉(1619、1588、1467、1295、1248、1174和970厘米¹)。两个最强烈的山峰的色素在1295厘米¹和1248厘米¹确定了C = C和碳氮吡咯单元的伸展。因此,拉曼光谱表明,胆绿素半岛综合体育官方APP下载德甲负责各种蓝色,绿色在蛋壳色域。此外,能够识别胆绿素在蛋壳不破坏研究古代的标本是一个有用的应用程序仍然(即zooarchaeology)。

恐鸟已经灭绝如鸵鸟般鸟类居住新西兰直到15^th世纪。蛋壳碎片从高地农业部(Megalapteryx didinus)是橄榄绿或微弱的蓝色,表明生物色素可以保存在蛋壳在较长时间尺度。古代蛋壳碎片与色素沉着是罕见的和破坏性的分析并不总是可行的。相反,微弱的蓝色农业部蛋壳碎片与无损拉曼光谱进行分析,证实胆绿素的存在。半岛综合体育官方APP下载德甲⁷之外是否存在数据,信息素浓度可以提供有价值的洞察这些已经灭绝的鸟类的生态。色素浓度可能获得的拉曼光谱峰率与浓度的高效液相色谱的数据校准。最强的峰蛋壳色素的拉曼光谱是由于碳酸盐离子的对称延伸碳酸钙。⁷预计碳酸盐和色素峰的相对强度与浓度变化,提供一种非破坏性的方法量化色素水平。

未解决的颜料

色彩鲜艳的动物在博物馆的收藏都是优秀的学习资源进化模式生物色素沉着。拉曼光谱是适半岛综合体育官方APP下载德甲合测量博物馆标本的颜料技术不需要专门的样品制备和分析快速(即标本处理时间短)。已知的颜料在生物组织中可以很快识别(例如,类胡萝卜素在羽毛),还有潜在的新颜料被发现。例如,一个不寻常的黄色羽毛色素最近发现一些企鹅羽毛的物种。⁸溶解度、光吸收和荧光性质的企鹅色素被发现是大大不同于任何已知的羽毛色素。更多信息关于企鹅颜料的化学特性是寻求与拉曼光谱。半岛综合体育官方APP下载德甲

官能团的企鹅色素与拉曼光谱与含氮杂环是一致的。半岛综合体育官方APP下载德甲⁹一个明显的峰值为1466厘米¹是由于债券的拉伸内酰胺环(即环酰胺)和峰值在1285厘米吗¹和1351厘米¹被归因于碳氮拉伸和碳碳拉伸。氮杂环化合物发生在几种类型的色素包括蝶呤、卟啉和线性四吡咯。黄色的企鹅色素和四吡咯颜料胆红素大致相似的拉曼光谱,除了企鹅色素达到1577厘米¹最高的相对强度。⁹企鹅的拉曼光谱色素不否则匹配任何其他光谱出版。企鹅色素已被证明具有挑战性的提取羽毛的质谱分析和结构说明。解决黄企鹅色素的结构将提供功能的,深层次的洞察和进化起源的不同寻常的黄色色素。

花青素

拉曼光谱被广半岛综合体育官方APP下载德甲泛用于确认一个已知化合物的存在在一个特定的示例。然而,当标准拉曼光谱的敏感性和化学特异性不足的分析问题,可能需要表面增强效应。半岛综合体育官方APP下载德甲在表面增强拉曼光谱(ser)特定的分子振动增强吸附分半岛综合体育官方APP下载德甲子时,或在邻近的,与nanometric铸币金属表面粗糙度(如银或金纳米粒子、银或金纳米图案化表面)。表面增强拉曼光谱最近被用来描述植物来源的花青素半岛综合体育官方APP下载德甲(红色、紫色和蓝色的植物色素)。¹⁰花青素有悠久的历史作为染料使用尤其是纺织品。ser光谱记录从植物色素花青素(越桔、接骨木、紫玉米、漆树和蜀葵)和提取从年龄和未老化的染色纺织品。花青素被观察到的谱峰特征光谱记录从每个植物物种样本。

此外,从羊毛纤维提取的色素(0.5毫克)生产与anthocyanin-identifying ser光谱峰值。¹⁰然而,即使是敏感的ser光谱识别特定的花青素不足或植物来源的羊毛光谱。这个实验表明,可以找出存在的花青素在纺织品后颜色褪色;结果影响了这些染料在历史的分析纺织品。

结论

拉曼光谱在生半岛综合体育官方APP下载德甲物色素研究方法用于快速确认已知生物色素的存在。研究人员还使用这项技术来识别特定的颜料在普遍色素类,探讨化学身份不明的色素,虽然没有完全探索,来衡量色素浓度。拉曼光谱是研半岛综合体育官方APP下载德甲究色素的理想原位(即没有从生物组织中提取),因为没有专门的样品制备要求。我们认为拉曼光谱可以广泛应用在生物学的半岛综合体育官方APP下载德甲研究中,我们希望这个简短回顾鼓励色素研究人员为自己的研究探索该技术的价值系统。

引用

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