Dichroïsme circulaire

Le dichroïsme circulaire (CD) de est une forme de la spectroscopie basée sur l'absorption différentielle de la lumière circulairement polarisée gauche- et droitière du . Il peut être employé pour déterminer la structure des macromolécules (structure secondaire y compris de protéines et dominance manuelle d'ADN ).

Lumière polarisée

La lumière linéairement polarisée est polarisée dans une certaine direction (c. l'importance de son vecteur de champ électrique oscille seulement dans un avion, semblable à une onde sinusoïdale). Dans la lumière circulairement polarisée le vecteur de champ électrique a une longueur constante, mais tourne autour de sa direction de propagation. Par conséquent, il forme une spirale dans l'espace tout en propageant. Si c'est une spirale gauchère la lumière désigné sous le nom de laissée circulairement polarisé et vice versa pour une spirale droitière. Voir les liens externes pour une animation démonstrative des différents types d'ondes électromagnétiques électromagnétiques.

Le champ électrique d'un faisceau lumineux cause un déplacement linéaire de charge en agissant l'un sur l'autre avec une molécule, tandis que le champ magnétique de lui cause une circulation de charge. Ces deux mouvements ont combiné le résultat dans un déplacement hélicoïdal quand la lumière est empiétée sur une molécule. Puisque la lumière circulairement polarisée elle-même est " ; chiral" ; , il agit l'un sur l'autre différemment avec les molécules chirales. C'est-à-dire, un des deux types de lumière circulairement polarisée sont absorbés jusqu'à différents degrés. Dans une expérience CD, des quantités égales de lumière circulairement de polarisation de left and right sont rayonnées dans la solution (chirale) d'a. Un des deux types est absorbé plus que les autres et cette différence dépendante de longueur d'onde d'absorption sont mesurés, rapportant le spectre CD de l'échantillon.

En raison de l'interaction avec la molécule, le vecteur de champ électrique de la lumière trace dehors un chemin elliptique tout en propageant.

À une longueur d'onde donnée , $de \ delta A=A_L-A_R \,$

là où ΔA est la différence entre l'absorbance de la gauche circulairement polarisée (LCP) et bonne lumière circulairement (RCP) polarisée (c'est ce qui est habituellement mesuré).

Il peut également être exprimé, en appliquant la loi de bière , comme : $\ delta de A = (\ - d'epsilon_L \ epsilon_R) Cl \,$

là où le
ε_L et ε_R de
sont les coefficients d'extinction molaires pour le RCP et LCP s'allument, le C de
est le l concentration molaire est la longueur de trajet en centimètres (cm).

Puis $\ epsilon_L- \ epsilon_R \,$

est le dichroïsme circulaire molaire. C'est ce qui est habituellement signifié par le dichroïsme circulaire de la substance. Bien que ΔA soit habituellement mesuré, parce que des raisons historiques la plupart des mesures sont rapportées en degrés d'ellipticité. L'ellipticité circulaire molaire de dichroïsme et de molaire, interconverted aisément par l'équation :

$de = 3.2 \ delta \ epsilon \,$ .

Ce rapport est dérivé en définissant l'ellipticité de de la polarisation comme :

$tan \ thêta = \ frac {E_R - E_L} {} d'E_R + d'E_L \,$

là où le
E_R et E_L de
sont les importances du du champ électrique dirige de la lumière polarisée droite-circulaire et gauche-circulaire, respectivement.

Quand E_R égale E_L (quand il n'y a aucune différence dans l'absorbance de la bon- et gauche-circulaire lumière polarisée), le θ est 0° et la lumière est le linéairement polarisé. Quand E_R ou E_L est égal à zéro (quand il y a d'absorbance complète de la lumière polarisée circulaire dans une direction), le θ est 45° et la lumière est le circulairement polarisé.

Généralement, l'effet circulaire de dichroïsme est petit, ainsi le tanθ est petit et peut être rapproché comme θ en radians . Depuis l'intensité ou l'Irradiance , I, de lumière est proportionnel à la place du vecteur d'électrique-champ, l'ellipticité devient : = de $\ thêta de (radians) \ frac {(I_R^ {1/2} - I_L^ {1/2})}{(I_R^ {1/2} + I_L^ {1/2})}\,$

Alors en remplaçant I using la loi de bière sous la forme du logarithme naturel :

$I = I_0 e^ {- A \} de ln {10} \,$

L'ellipticité peut maintenant être écrite comme : = de $\ thêta de (radians) \ frac {(e^ {\ frac {- A_R} {2} ln10} - e^ {\ frac {- A_L} {2} ln10})}{(e^ {\ frac {- A_R} {2} ln10} + e^ {\ frac {- A_L} {2} ln10})} = \ frac {e^ {\ delta A \ frac {ln10} {2}} - 1} {e^ {\ delta A \ frac {ln10} {2}} + 1} \,$

Depuis ΔA<<1, cette expression peut être rapprochée en augmentant les exponentials d'une série de Taylor aux limites de premier ordre et puis jetantes de ΔA en comparaison de l'unité et du convertissant des radians en degrés :

$\ thêta (degrés) = \ delta A \ parti (\ frac {ln10} {4} \ droit) \ parti (\ frac {180} {\ pi} \) droit \,$

La dépendance linéaire de la concentration et de la longueur de parcours en corps dissous est enlevée en définissant l'ellipticité molaire comme,

$= \ frac {100 \ thêta} {} de Cl \,$

Alors combinant dernière expression la deux avec la loi de bière , l'ellipticité molaire devient : $de = 100 \ delta \ (\ frac {180} {\ pi} \ droit) = 3.2 epsilon \ laissés (\ frac {ln10} {4} \ droit) \ laissés \ delta \ epsilon \,$

Application aux molécules biologiques

Généralement ce phénomène sera exhibé dans des bandes d'absorption de n'importe quelle molécule active du optiquement . Par conséquent, le dichroïsme circulaire est montré par les molécules biologiques, en raison du Dextrorotary (par exemple des sucres et Levorotary (par exemple quelques molécules d'acides aminés qu'elles contiennent. Bien plus important est qu'une structure secondaire donnera également un CD distinct à ses molécules respectives. Par conséquent, l'alpha spirale des protéines et spirale la double des acides nucléiques ont le représentant CD de signatures spectrales de leurs structures.

Le CD est étroitement lié à la technique rotatoire optique de la dispersion (ORD) de , et est généralement considéré plus avancé. Le CD est mesuré dedans ou s'approche des bandes d'absorption de la molécule d'intérêt, alors qu'ORD peut être mesuré loin de ces bandes. Ces deux mesures spectrales peuvent interconverted en principe par transformée, si toutes les absorptions sont incluses dans les mesures.

( ultra-violet) l'éventail CD loin-UV des protéines peut indiquer des caractéristiques importantes de leur structure secondaire . Des spectres CD peuvent être aisément employés pour estimer la fraction d'une molécule qui est dans la conformation de l'Alpha-spirale , la conformation de la Bêta-feuille , le Bêta-tournent la conformation de , ou une autre (par exemple enroulement aléatoire ) conformation. Ces tâches partielles placent des contraintes importantes sur les conformations secondaires possibles que la protéine peut être dedans. Le CD ne peut pas, généralement indiquer où les alpha spirales qui sont détectées sont situées dans la molécule ou même prévoir complètement combien il y a. En dépit de ceci, le CD est un outil valable, particulièrement pour montrer change dans la conformation. Il peut, par exemple, employer pour étudier comment la structure secondaire d'une molécule change en fonction de la température ou de la concentration de dénaturer des agents, par exemple le chlorhydrate de Guanidinium de ou l'urée . De cette façon il peut indiquer des informations thermo-dynamiques importantes (telles que l'enthalpie et énergie libre de Gibbs de de dénaturation) sur la molécule qui ne peut pas autrement être facilement obtenue. N'importe qui essayant d'étudier une protéine trouvera le CD un outil valable pour vérifier que la protéine est dans sa conformation indigène avant d'entreprendre des expériences étendues et/ou chères avec elle. En outre, il y a un certain nombre d'autres utilisations pour la spectroscopie CD en chimie de protéine non liée à l'évaluation de fraction d'alpha-spirale.

Le spectre CD proche-UV (>250 nanomètre) des protéines fournit des informations sur la structure tertiaire. Les signaux obtenus dans la région de 250-300 nanomètre sont dus à l'absorption, à l'orientation de dipöle et à la nature de l'environnement environnant des ponts de la phénylalanine, de la tyrosine, de la cystéine (ou de solides solubles de bisulfure) et des acides aminés de tryptophane. À la différence de en le CD loin-UV, le spectre CD proche-UV ne peut pas n'être assigné à aucune structure 3D particulière. Les spectres CD Proche-UV peuvent également fournir des informations structurales sur la nature des groupes prosthétiques en protéines, telles que le heme groupe par exemple dans l'hémoglobine et le cytochrome C.

La spectroscopie CD évidente est une technique très puissante pour étudier des interactions de métal-protéine et peut résoudre différentes transitions électroniques de densité double en tant que bandes séparées. Des spectres CD dans la région de lumière visible sont seulement produits quand un ion en métal est dans un environnement chiral, ainsi, des ions libres en métal en solution ne sont pas détectés. Ceci a l'avantage d'observer seulement le métal lié aux protéines, ainsi la dépendance et des stoechiométries de pH sont aisément obtenues. L'activité optique dans des complexes d'ion en métal de transition ont été attribuées à basé sur la configuration, à conformationnel et les effets vicinal. Klewpatinond et Viles (2007) ont produit un ensemble de règles empiriques pour prévoir l'aspect des spectres CD évidents pour les complexes place-planaires de Cu²⁺ et de Ni²⁺ impliquant la coordination d'histidine et de principal-chaîne.

Le CD fournit moins d'information structurale spécifique que par exemple la cristallographie de rayon X de ou la spectroscopie RMN de la protéine , ces toutes les deux donnent des données atomiques de résolution. Toutefois la spectroscopie CD est une méthode rapide, cela n'exige pas des grands nombres de protéines et d'informatique étendue. Ainsi le CD peut être employé pour examiner un grand nombre d'états dissolvants du , variant la température , le pH , la salinité et la présence de divers cofacteurs.

La spectroscopie CD est habituellement employée pour étudier des protéines en solution, et elle complète ainsi les méthodes qui étudient l'à semi-conducteur. C'est également une limitation, du fait beaucoup de protéines sont enfoncées dans des membranes dans leur état indigène, et les solutions contenant des structures de membrane souvent dispersent fortement. Le CD est parfois mesuré en couches minces.

Limitations expérimentales

Le CD a été également étudié en hydrates de carbone , mais avec le succès limité dû aux difficultés expérimentales liées à la mesure des spectres CD dans la région ultra-violette (VUV) de vide du spectre (100-200 nanomètre), où les bandes CD correspondantes des hydrates de carbone non substitués se trouvent. Des hydrates de carbone substitués avec des bandes au-dessus de la région de VUV ont été avec succès mesurés.

La mesure du CD est également compliquée par le fait que les systèmes aqueux typiques d'amortisseur absorbent souvent dans la gamme où les dispositifs structuraux montrent l'absorption différentielle de la lumière circulairement polarisée. Le phosphate , le sulfate , le carbonate , et les solutions tampon de l'acétate sont généralement incompatibles avec du CD à moins que rendu extrêmement dilué par exemple dans la gamme de 10-50 millimètre. Le système d'amortisseur de TRIS devrait être complètement évité en exécutant le CD loin-UV. Le borate et les sels d'ammonium de sont employés souvent pour établir la gamme appropriée de pH pour des expériences CD. Quelques expérimentateurs ont substitué le fluorure à l'ion de chlorure parce que le fluorure absorbe moins dans loin l'UV, et certains ont fonctionné dans l'eau pure. Une autre, presque universel, technique est de réduire au minimum l'absorption dissolvante en employant des cellules plus courtes de longueur de trajet en travaillant dans loin l'UV, des longueurs de trajet de 0.1 millimètre n'est pas rare dans ce travail.

En plus de la mesure dans les systèmes aqueux, le CD, en particulier CD loin-UV, peut être mesuré dans les dissolvants organiques par exemple éthanol, méthanol, Trifluoroethanol (ou TFE ). Ce dernier a l'avantage pour induire la formation de structure des protéines, induisant des bêta-feuilles dans le quelque et de alpha spirales dans d'autres, qu'elles ne montreraient pas dans des conditions aqueuses normales. La plupart des dissolvants organiques communs tels que l'acétonitrile , le THF , le chloroforme , le dichlorométhane de de sont cependant, incompatible avec du CD loin-UV.

Il peut être d'intérêt de noter que les spectres CD de protéine utilisés dans l'évaluation de structure secondaire sont liés au π aux absorptions orbitales de π* des liens d'amide liant les acides aminés. Ces bandes d'absorption se situent en partie dans le soi-disant ultraviolet de vide du (longueurs d'onde moins qu'environ 200 nanomètre). La région de longueur d'onde d'intérêt est réellement inaccessible en air en raison de l'absorption forte de la lumière par l'oxygène à ces longueurs d'onde. Dans la pratique ces spectres sont mesurés pas dans le vide mais dans un instrument en l'absence d'oxygène (rempli de gaz pur d'azote ).

Une fois qu'on a éliminé l'oxygène, peut-être le facteur technique deuxième dans le travail en-dessous de 200 nanomètre est de concevoir le reste du système optique pour avoir de basses pertes dans cette région. Critique est à cet égard l'utilisation des miroirs aluminisés dont les enduits ont été optimisés pour la basse perte dans cette région du spectre.

La source lumineuse habituelle dans des ces instruments est une pression, lampe du xénon de court-arc. Les lampes à arc d'arc ordinaires de xénon sont peu convenables pour l'usage dans le bas UV. Au lieu de cela des lampes particulièrement construites avec des enveloppes faites à partir de la silice fondue synthétique de grande pureté doivent être utilisées. La lumière des sources du synchrotron a un flux beaucoup plus élevé aux longueurs d'onde courtes, et a été employée pour enregistrer le CD vers le bas à 160 nanomètre.

Au niveau mécanique du quantum , la teneur en information du dichroïsme circulaire et la rotation optique sont identiques.

Voir également

polarisation optique de de

de la rotation optique

de de

de l'isomerism

du dichroïsme de de

du dichroïsme

de de l'activité optique

de circulaire magnétique de

Random links: