介绍

拉曼光谱反映分子内部的振动运动核。当激发激光的波数选择接近的电子吸收发色团的生物分子,产生一个共振拉曼光谱。当地分子获得信息,因为只有这些振动与发色团的电子跃迁的共振增强的拉曼光谱。inelastically散射光的偏振可能不同于入射激光的,区别是由核振动运动的性质决定的。在共振拉曼散射(RRS)的结构和化学信息推导出可以增加分析inelastically散射光的偏振。定义的两极分化是两极化的比率(DPR),即散射强度与垂直分化之间的比例相对于入射光和并行的两极分化。自从拉曼过程所描述的是一个张量(极化率),可以获得额外的分子信息从两极分化的测量随机面向系统等解决方案。^{1,2 gydF4y2Ba}

分析的好处分化的影响应考虑与只使用unpolarised共振拉曼光谱在分子物种的分类,检测一个聚合或构象变化。这个决定是在后者的情况下(只使用unpolarised频谱)基于偶尔小波数变化的拉曼模式和/或相对强度变化之间,或新乐队的出现。基于极化谱的决定是独立于这些因素。

另一个互补的技术是动态光散射(DLS),通过它可以获得,例如,信息的宏观尺寸(平均直径)的生物单位。在DLS实验中,弹性散射光的强度波动扩散或布朗运动引起的散射进行了分析。强度波动可以转化成大小分布通过适当的假设和数学工具以及米氏理论。³

生物分子的聚合各生物物理学过程起着重要的作用。RRS的偏振特性可以揭示分子聚合和构象变化等变化;因此两极分化拉曼光谱可以用来研究生物分子的分子聚合程度的自然环境。

揭示聚合血红蛋白分子生活红细胞

与四氧血红蛋白(Hb)分子结合位点组装在几乎所有脊椎动物的红细胞。Hb分子的聚集生活的人类血液的红细胞研究采用偏振拉曼散射空间面向红细胞结合主成分分析(PCA)。⁴结论是截然不同的排序红细胞内的血红蛋白发生。这是有可能的,然而,达到一个类似的结论关于聚合的胞内Hb最低的样品制备和不定向红细胞。这可以通过利用张量的拉曼过程通过测量极化性质的共振拉曼光谱:(1)包含大量随机取向的稀溶液红细胞(见图1),和(2)一个稀释标准溶液包含大量随机取向Hb分子(图中未显示),最后计算(DPR值不同的模式_{2 g}从这些光谱模式)。

Figure 1. Polarised resonance Raman spectra [perpendicularly polarised (black), parallel polarised (red), 532 nm excitation] of a solution containing randomly oriented erythrocytes in phosphate buffered saline (PBS).

在RRS, DPR价值没有上限;它可能是一个常数或取决于激发波数(偏振色散)。图2显示了模型计算给DPR (_{2 g}模式)的函数Hb的波数在二聚作用。当一个孤立的haeme-group展览其理想的4倍对称,DPR的_{2 g}模式没有色散和有价值无穷,但是当遇到对称性降低扰动(例如,并入Hb),这些模式的DPR变得分散,将减少。在参考5中,计算,对于猪Hb, a_{2 g}模式n₁₉DPR值,DPRn₁₉= 7±1。

Figure 2. The DPR (a2g mode) of an Hb dimer as a function of the wavenumber. The excitation wavenumber is 18.8 kcm–1.

从模型计算占乙肝分子之间的分子间相互作用(单体),由此可见,这些单个分子的激发态,在聚合时,会分成很多州略有不同的能量,见图3。

Figure 3. The excited electronic states of the monomers will, upon aggregation of these, split into a number of states with slightly different energies.

幸运的是,由于拉曼过程的性质,即使是小的变化电子激发态,参与RRS的过程,会产生明显的DPR的变化。这些变化是由激发态之间的干扰变化参与共振喇曼过程。因此,Hb的聚合将引起更多的偏振色散的色散的变化_{2 g}模式。

在实践中,DPR价值需要进一步减少为了明确得出结论,Hb分子可能聚合。在聚合中Hb红细胞,DPRn DPR价值₁₉= 3±1。⁵因此,可以证明一个聚合或扰动的形式通过监测偏振属性DPR值的变化。

细胞外的巨大haemeoglobin的研究Arenicola滨基于极化RRS和DLS

细胞外血红蛋白(Hbl Hb)Arenicola滨(海蚯蚓)被认为是一种很有前途的候选人作为血液代用品,因为,例如,高电阻对血红素铁离子的氧化。这是解释为非常复杂,拥挤和血红素的保护环境。而不是四素网站在脊椎动物Hb, Hbl Hb 144血红素组(或氧气结合位点)和海蚯蚓的血管内自由解散。巨分子的分子质量大型道尔顿的政权,即大约4×10⁶哒。^6,7,8生物物理和结构信息的巨大的蛋白质可以通过结合独特的偏振特性是分了DLS RRS的尺寸信息。

稀溶液的DLS测量Hbl Hb,提供平均水力直径,d_h子Hb,进行几家pH值。⁵在pH = 5到7,Hbl Hb分子在本土形式存在,在这种情况下,平均直径,d_h,等于24.2海里。在pH值9,离解过程发生,导致d_h= 9海里,见图4。在pH = 10,然而,只有大型的总量,包括分散Hbl Hb,d_h大于1000纳米,可以检测到。

DLS的比较结果pH = 10,与两极分化RRS的行为测量(DPR价值观三个_{2 g}模式),表明没有进一步扭曲的血红素组发生聚合。因此,这些碎片之间的耦合或聚合不涉及任何血红素组之间的直接交互。

Figure 5. Polarised spectra [parallel polarised (red) and perpendicularly polarised (blue)] of native Hbl Hb from Arenicola marina (pH = 5), obtained with 532 nm excitation. Reproduced with permission from J. Chem. Phys. 139, 065104 (2013). Copyright 2013 American Institute of Physics.

此外,DPR的分析三个_{2 g}模式血红素的原生Hbl Hb的失真和猪Hb表明血红素理想集团远离其4倍对称是较小的海蚯蚓的血红素组绑定Hbl Hb(例如DPRn₁₉= 15±2)比绑定在猪Hb (DPRn血红素组₁₉= 7±1)。总结:

分子	DPRn₁₉
血红素组	∞
猪Hb	7±1
猪红细胞Hb聚合	3±1
子Hb	15±2

猪的可见吸收光谱Hb、红细胞和Hbl Hb (pH = 5和10)是一样的,除了细微的差别不相关,这表明血红素的分子构型组对应激发态不是强烈的不安。通过分析偏振特性,可以获得额外的分子信息有时几乎accesible使用unpolarised光谱。

前景

在即将出版的刊物中,共振Raman-based分化研究染料在染料敏化太阳能电池的热稳定性。的一个关键参数控制染料太阳能电池的长期热稳定性,当然,染料的稳定性,即是否这是热应力的退化。

确认

K.D. Jernshøj大大承认Energi菲英岛的支持。

引用

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