胱氨酸_半胱氨酸及乙酰半胱氨酸的傅里叶变换拉曼光谱研究_百度

1、 胱氨酸 、 半胱氨酸及乙酰半胱氨酸的傅里叶变换拉曼 光谱研究张 雁 1,2,3, 尹利辉 1, 冯 芳 2(1中国药品生物制品检定所 , 北京 ; 2中国药科大学 ; 3湖南省湘潭市药品检验所 摘要 : 目的 拉曼光谱可作为研究分子晶体中、 半胱氨酸及乙酰半胱氨酸进 行光谱检测 , , 并对其分子振动光谱与结构特征的相关性进行了分析 和探讨 。 3种氨基酸的傅立叶拉曼特征谱信息 , 为进一步研究它们的 SERS 提供了基础。 关键词 : 胱氨酸 ; 半胱氨酸 ; 乙酰半胱氨酸 ; 分子振动光谱 ; 傅立叶变换拉曼光谱中图分类号 :R97714; R917 文献标识码 :A 文章编号 :100

2、227777(2010 0520447203Study on FT 2R am an Scattering of Cystine , Cysteine and AcetylcysteineZhang Y an 1,2,3, Y in Lihui 1and Feng Fang 2(1National Institute for the Control of Pharmaceutical and BiologicalProducts ,Beijing 100050; 2China Pharmaceutical University ; 3Hunan X iangtan Institute for

3、Drug Control ABSTRACT : Objective These experiment result s layed t he foundation for st udying t he molecular st ruct ure of polymers , such as protein. Methods St udies of Raman vibratio n spect ra were usef ul to obtain information on biomolecular crystals. In t his paper , t he molecular vibrati

4、on of cystine , cysteine and acetylcysteine was detected and measured by F T 2Raman spect roscopic analysis , t he difference among Raman characteristic group f requencies of cystine , cysteine and acetylcysteine was discussed , and t he molecule vibration was assigned and identified to associate ch

5、aracteristic f requencies wit h it s characteristic st ruct ure. R esults and Conclusion The indispensable information obtained on F T 2Raman of cystine , cysteine and acetylcysteine , lay t he foundation for st udying t heir SERS.KEY WOR DS : cystine ; cysteine ; acetylcysteine ; molecule vibration

6、 spect ro scopy ; F T 2Raman 氨基酸是含有氨基和羧基的一类有机化合物的 通称 , 是生物功能大分子蛋白质的基本组成单位 , 通过确定简单的氨基酸晶体结构可为测定复杂的生 物大分子结构奠定基础 1。 拉曼光谱是研究分子振 动和晶格振动的重要方法 。 近年来 , 人们开始对氨 基酸在水溶液状态下的 SERS 研究产生兴趣 227, 而对固体粉末的拉曼特征谱的研究是进行 SERS 研 究的前提和基础 , 本文重在对胱氨酸 、 半胱氨酸及 乙酰半胱氨酸这 3种结构类似的氨基酸进行拉曼特 征谱的比较分析 , 以说明相同或相似的功能团或骨 架结构在不同的化学环境中的拉曼特征峰情

7、况 。1 实验部分 111 试剂与仪器半胱氨酸 , 胱氨酸和乙酰半胱氨酸晶体粉末 (天门市药品检验所 , 含量 98% 。 FRA106/S 型傅立叶变换拉曼光谱仪 (德国布鲁克公司 , Nd :Y AG 激光光源 (1064nm , 激光强度 90mw , 扫描 60次 , 光谱分辨率 :4cm 21, 扫描范围 :503500cm 21。 112 半胱氨酸 、胱氨酸和乙酰半胱氨酸晶体粉末的 F T 2Raman 谱的测量3种氨基酸的结构如图 1所示 , 将 3种氨基酸 的小晶体用玛瑙研钵研成粉末 , 在上述实验条件下744中国药事 2010年第 24卷第 5期 进行拉曼光谱测试 , 重复扫

8、描 3次 。图 1 3种氨基酸的结构2 结果和分析211 3种氨基酸晶体的全谱分析通常 , 有机分子晶体的拉曼光谱分为外振动和 分子内振动 2部分 。 数 , 它与晶格结构的空间群有关 , 酸可能以 3H 2- 、 偶 极 离 子 (+H 3- 和 阳 离 子 (+H 3NCHRCOOH 。 有研究报导 , 所有氨基酸固体粉 末和晶体均以偶极离子的形式存在 9。 我们参照文 献 9210分别对胱氨酸 、 半胱氨酸及乙酰半胱氨酸的 拉曼特征峰进行了解析 。 3种氨基酸的 F T 2Raman 光谱谱图如图 2所示 。a 1胱氨酸 ; b 1半胱氨酸 ; c 1乙酰半胱氨酸。图 2 3种氨基酸的拉

9、曼光谱图21111 氨基和羧基振动峰的指认H 3N 基的伸缩在拉曼谱中常常被较强的 C 2H伸缩所掩盖 , 特征性不强 。羧酸离子的特征谱是 VC =O 及分子中 C =O 伸缩与 O H 面内变形振动的偶合 。 其中 , C =O 伸缩强度较弱 , 在 3种氨基 酸拉曼谱中均未见特征峰 。 胱氨酸 、 半胱氨酸和乙 酰半胱氨酸分子中 C =O 伸缩与 O H 面内变形振动 偶合的拉曼峰分别出现在 1407、 1340cm 21, 1424、 1347cm 21和 1417、 1376cm 21。 半胱氨酸羧基的面内摇摆振动 (2CO 22rock 和面外摇摆振动 (2CO 22bend 分别

10、出现在 445和 537cm 21, 另外 2个氨基酸的 这 2种振动模式较弱 , 没有出现明显的特征峰。 21112 甲基和次甲基的振动模式3种氨基酸中只有乙酰半胱氨酸中有甲基 , 它的的特征峰在 990和 1043cm 21, 同属于甲基的面内 摇摆振动 (2CH 3rock 。 此外 , 在 29003000cm 21范 围内的拉曼谱图有很强的甲基伸缩对称振动峰 V(C H 3 sym 和伸缩反对称振动峰 V (C H 3 asym 。因为受费米共振的影响 , 谱峰发生分裂而变得更复杂 。 3种氨基酸中都含有次甲基 , 次甲基 (C 2H 的特征振动模只有 2种 :伸缩振动 (VC 2H

11、 和变形振动 (C 2H 。胱氨酸和半胱氨酸的这种振动 分别出现在 2965、 2915cm 21和 1340cm 21, 2963cm 21和 1347cm 21, , VC H2和甲基的 。 21这很可能与骨架的空间构型 (晶型 有关。 这 3种氨基酸的骨架变形振动均具有较强的特征 性 。 其中 , C 2C 2N 骨架变形为 3种氨基酸所共有 , 半胱氨酸和乙酰半胱氨酸氨基酸的这类骨架振动分 别出现在 366和 373cm 21处 。这个骨架振动模在胱 氨酸中不是很明显 , 可能是由于 S 2S 对称骨架结构 的影响 。 C 2S 2S 骨架结构为胱氨酸所特有 , 总结以 往解析拉曼谱图

12、的经验 , C 2S 2S 骨架结构由于外周 电子云密度高 , 且 S 原子最外层电子离核较远 , 易 极化变形 , 其振动往往表现为一组强度大的相关特 征谱带 , 胱 氨酸 的 C 2S 2S 骨 架振动 出现 在 200、 152、 107cm 21处 。 C 2C 2S 骨架变形在胱氨酸拉曼谱中不明显 , 很可能是由于极化率变化明显的 C 2S 2S骨架振动存在的缘故 。 半胱氨酸和乙酰半胱氨酸的 这类骨架振动出现在 215、 98cm 21和 217、 107cm 21处。 212 3种氨基酸晶体的拉曼光谱比较 为了便于分析 , 我们用红外光谱的经典分区法 对谱段进行解析 。氢原子成键

13、伸缩振动频率区 :37002400cm 21; 双 键 振 动 频 率 区 :19001600cm 21; 1600cm 21以下为骨架振动和指纹区 。在 氢原子成键伸缩振动频率区 , 乙酰半胱氨酸中含有 甲基 , 其图谱特征明显区别于另外 2种氨基酸 , 同 时由于受费米共振的影响 , 谱峰发生分裂而变得更 复杂 , 呈现出多个中等强度的峰 , 这其中还包含了 C H 2的 VCH 伸缩振动及仲胺的 VN 2H 。半胱氨酸 和胱氨酸在这个频率区的谱图很相似 , 都表现为 1个中等强度和 1个强的拉曼尖峰 , 这其中包括了 C H 2伸缩及缔合态伯胺的 VN 2H 2。在这个区比较 特征性的谱

14、带还有 S 2H 伸缩 , 其在半胱氨酸和乙 酰半胱氨酸的拉曼谱中均表现为 1个强峰 , 可明显 区别于胱氨酸 。 在双键振动频率区 , 这 3种氨基酸 均不具特征性明显的强峰 。 乙酰半胱氨酸中的乙酰 羰基在 1716cm 21处表现为 1个中等强度的峰 , 可区 别于另外两种氨基酸 。 骨架振动和指纹区的高波数844中国药事 2010年第 24卷第 5期区主要包括羧酸的 C =O 伸缩与 O H 面内变形的偶 合及一些饱和 CH 2的变形振动 。这些谱峰的强度 都不是很明显 , 除了胱氨酸分子中含有 2个羧基 , 其 C =O 伸缩与 O H 变形的偶合在 1407与 1340 cm 21

15、波数处表现为 2个稍强的相关拉曼峰外 , 其余 的谱峰都很弱 。 这个区的中波数区特征性明显 , 主 要表现为 C 2S 伸缩及其偶合形式和 S 2S 伸缩 。 胱氨 酸因为具有对称结构 , 其两个 C 2S 基团共用 1个化 学键 , 具有相同的振动频率和对称性 , 它们的振动 发生强烈的偶合 , 在 784和 676cm 21波数处出现 个偶合拉曼谱峰 , 其中 , 784cm 21S称偶合振动 , 212分别出现在 693和 695cm 21处 , 1个特征性明显的强拉曼峰 。 S 2S 伸缩是胱氨酸的特征峰 , 在 497cm 21处表现为 1 个高度偏振的特强峰 。 这 3种氨基酸包

16、含了 3种骨 架结构 :C 2C 2N 、 C 2S 2S 和 C 2C 2S , 骨架振动通常 表现为 1组相关峰 , 与骨架的空间构型有关 。 不同 的晶型表现出来的骨架振动特征峰都不一样 。其 中 , C 2C 2N 骨架变形为 3种氨基酸所共有 , 半胱氨 酸和乙酰半胱氨酸氨基酸的这类骨架振动分别出现 在 366和 373cm 21处 S 2S 对 , 。 C 2S 2 S , 在 200、 152、 1, 明显区别于另 C 2C 2S 骨架虽也为 3种氨基酸所共有 , 但由于强烈的 C 2S 2S 变形谱峰将其淹没 , 在胱氨酸中 未见其特征谱 , 但这类振动在半胱氨酸和乙酰半胱氨

17、酸中均具有较明显的特征 , 分别在 215、 98cm 21和 217、 107cm 21表现为 1组相关谱带。 见表 1。表 1 3种氨基酸拉曼特征峰频率指 认 胱氨酸 半胱氨酸 乙酰半胱氨酸CH 3、 CH 2的 VCH 伸缩振动及 VN 2H 3015、 2934(m CH 2伸缩及 VsN 2H 2(associated 2965、 2915(s 2963(vs S 2H 伸缩 2551(vs 2549(vs 酰胺羰基 C =O 伸缩 1716(m 羧酸对称 VC 2O 2O 1407,1340(s 1424,1347(m 1417,1376(m CH 3面内摇摆 990,1043(m

18、 C 2S 偶合振动 (反对称 784(s VC 2S 693(S 695(S C 2S 偶合振动 (对称 676(s CO 22面内摇摆 445(m CO 22面外摇摆 537(w S 2S 伸缩 497(vs C 2C 2N 骨架变形 366(m 373(S C 2S 2S 骨架变形 200、 152、 107(s ( ( ( (3 小结本文细致分析了 3种氨基酸晶体的拉曼散射光 谱 , 对其全谱的特征峰一一作出了峰位解析 , 并比 较分析了这 3种结构相似的氨基酸拉曼光谱的特征 峰与分子结构的对映关系 。 这些工作为研究蛋白质 等生物大分子的结构奠定了基础 。参考文献 :1刘文涵 , 杨

19、未 , 张丹 1苯丙氨酸银溶胶表面增强拉曼光谱的 研究 J1光谱学与光谱分析 , 2008, 28(2 :34323441 2Univ Calif Los Angeles. Surface interactions of a homologous series of alpha , omega -amino acids on colloidal silver and gold J1Biospectroscopy , 1999, 5(1 :6326813Wei F , Zhang D , Halas N J , et al 1Aromatic amino acids pro 2 viding character