CD光谱到底能告诉我们蛋白质哪些信息？

在现代蛋白质研究中，圆二色谱（Circular Dichroism, CD）光谱是广泛应用、操作简便的分析技术。它通过检测光与手性分子相互作用所产生的差异性吸收，为我们揭示蛋白质结构的多个关键层面。尽管CD光谱提供的信息相对间接，但其在快速结构评估、构象变化监测及蛋白质稳定性研究中的作用不可替代。

 

一、CD光谱的基本原理

CD光谱是基于圆偏振光的分光技术，用以探测手性分子对左右旋圆偏振光吸收强度的差异。由于蛋白质是由手性氨基酸组成的天然聚合物，其二级结构元素（如α-螺旋、β-折叠和无规卷曲）对圆偏振光具有不同的响应特性。因此，通过分析远紫外区域（190–250 nm）CD信号，可以获得蛋白质二级结构的总体分布信息；而近紫外区域（250–320 nm）则提供芳香族残基和二硫键的局部环境信息，反映蛋白质三级结构的紧致性和折叠状态。

 

二、蛋白质二级结构的定性与定量评估

CD光谱最直接的应用之一，是判断蛋白质的二级结构构成。典型的α-螺旋结构在208nm和222nm处表现出强烈的负峰，而β-折叠则在218nm附近呈现一个较宽的负峰，并在195nm附近出现正峰。无规卷曲结构通常在195nm处有一个宽广的负峰，缺乏明显的特征信号。通过与已知结构的CD谱库进行比对，研究者可以借助计算算法对未知样品的二级结构比例进行估算。这对于蛋白质构建、突变体验证以及重组表达产物的折叠质量评估具有重要意义。尤其在结构功能关系研究中，CD光谱可帮助判断某些功能缺失是否与二级结构扰动有关。

 

三、蛋白质折叠与构象变化的监测

蛋白质在溶液中并非静态存在，其构象状态可能受到pH、离子强度、有机溶剂、配体结合、突变等因素的影响而发生变化。CD光谱作为实时监测工具，能够在非破坏条件下反映这些动态变化。例如，在配体结合实验中，CD谱图的变化可指示蛋白质构象的调整，帮助确认结合事件是否引发结构重排；在折叠动力学研究中，CD配合温度跃变或时间分辨实验可揭示中间体状态的存在与转变路径。这种“结构敏感性”使CD光谱成为研究蛋白质适应性变化、构象柔性和功能机制的重要工具，尤其在缺乏高分辨率三维结构的早期研究阶段更显其价值。

 

四、蛋白质热稳定性和变性行为分析

热变性实验是评估蛋白质稳定性的重要手段，而CD光谱可提供该过程中的结构变化信息。通过在不同温度下采集CD信号（通常在222nm或208 nm），可获得一条变性曲线，进而计算变性温度（Tm）这一关键参数。Tm值反映蛋白质从折叠态到非折叠态的转变点，是比较不同突变体、不同表达体系、或不同缓冲体系下蛋白质稳定性差异的可靠依据。此类信息在蛋白质工程、疫苗设计及生物药开发中具有实际指导意义。此外，对于部分蛋白质还可观察是否具有可逆折叠能力，即热变性是否伴随不可逆聚集过程，这对于优化储存条件和制剂开发至关重要。

 

五、蛋白质三级结构的间接指示

虽然CD光谱无法提供三级结构的原子分辨率图像，但近紫外区（250–320nm）可提供有限的折叠状态线索。该区域的信号主要来源于酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸等芳香族残基的手性环境，以及二硫键的构象状态。一个完整折叠的蛋白质往往在近紫外区域呈现较为复杂、分布广泛的谱图特征；而结构松散、部分未折叠的蛋白则表现出信号减弱甚至完全消失的情况。因此，近紫外CD可以作为判断蛋白质是否处于天然构象、以及在不同条件下是否存在局部解折叠的重要补充手段。

 

六、CD光谱的优势

 

• 操作简便，无需结晶或特殊标记；
• 对蛋白质浓度和体积要求较低；
• 适用于溶液态原位分析；
• 可实现快速、实时数据获取。

 

CD光谱能够快速提供二级结构比例、构象状态、热稳定性等信息，是评估蛋白质质量与功能状态的可靠工具。对于从分子机制研究到蛋白药物开发的多个环节，CD光谱都是高效且实用的“结构监测哨兵”。在多组学交叉的生命科学时代，像CD光谱这样兼具灵敏性和操作便捷性的技术，将持续发挥重要作用。百泰派克生物科技专注于生命科学研究服务，致力于为科研人员和生物医药企业提供高质量、可信赖的蛋白质圆二色谱分析服务。

 

百泰派克生物科技特色项目

 

一、蛋白测序

百泰派克生物科技使用Thermo公司新推出的Obitrap Fusion Lumos质谱仪及岛津公司埃德曼降解测序系统对蛋白质序列进行分析，提供基于质谱的蛋白测序分析服务，包括对蛋白质的氨基酸组成分析，N端测序，C端测序和全序列分析，以及基于埃德曼降解的蛋白质N端序列分析服务。对于未知理论序列的蛋白质，提供基于从头测序法的蛋白质从头测序服务，对蛋白序列进行分析。

 

※服务优势：

1.采用目前世界上先进的质谱仪器 Obitrap Fusion Lumos;

2.可实现对所测定靶蛋白序列 100% 的覆盖;

3.可测定蛋白N端多达 70个氨基酸序列;

4.可测定多种形式的样品: 蛋白溶液、PVDF 蛋白条带;

5.样品用量低: 蛋白样品仅需 5-10ug，即可完成检测;

6.测序不受N端封闭，PEC和和糖基化等N端修饰的影响。

 

 

二、蛋白质组学

百泰派克生物科技采用Thermo Fisher的Orbitrap Fusion Lumos质谱平台结合Nano-LC，提供定量蛋白质组学、靶向蛋白质组学、多肽组学、翻译后修饰蛋白组学等多种蛋白质组学分析服务。此外，百泰派克生物科技新推出基于timsTOF Pro的4D蛋白质组学服务，助力微量样本蛋白组学、大样本群医学及高通量修饰组学等研究工作。

 

※服务优势：

1 .高通量定量蛋白分析:多对照组大规模实验分析，发现新的生物标记物;

2.体内体外多种蛋白质标记方法，适用于分析组织、细胞、血液等多种样品;

3.质谱分析灵敏度高，实验结果重复度高;

4.可检测较低丰度蛋白，线性范围广;

5.专业生物信息学分析，分析更系统准确。

 

 

三、单细胞质谱流式技术分析

百泰派克生物科技采用Fluidigm质谱流式系统进行单细胞质谱流式技术分析，采用金属元素标记物（通常是金属元素标记的特异抗体）标记细胞表面和内部的分子，然后用流式细胞原理分离单个细胞，再用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析单个细胞的原子质量谱，最后将原子质量谱数据转换为细胞表面和内部的信号分子表达量。

 

※服务优势：

1.技术先进，填补技术空白

采用金属标记抗体技术，避免了传统流式荧光通道少且易相互影响的问题。可在单细胞层面上对多种指标同时进行表征，百泰派克生物科技可做到同时检测51个目标蛋白。

2.分析数量大，成本较低

单细胞RNAseq受成本等因素限制，所有样本细胞汇总的分析数目一般在2x10^4个左右，而流式质谱技术一次（单样本）就可分析至少10^5的细胞，实现了数量级的提高，且成本不高于单细胞RNAseq。

3.应用前景大

①流式质谱结果可以给出细胞亚群的变化，在临床诊断、疾病机制研究等方面具有极大的研究前景；

②将金属标签技术与其他技术结合会有新应用方向。除常规蛋白外，质谱流式细胞技术还可用于蛋白翻译后修饰；

③可检测细胞存活率、细胞大小、mRNA转录子表达量、DNA合成速率以及蛋白酶活性等。

 

 

四、基于高精度质谱的免疫多肽组学分析及新抗原发现

百泰派克生物科技的基于高精度质谱的免疫多肽组学分析及新抗原发现一站式解决方案包括我们专有的、高度敏感的免疫肽富集和鉴定方案。我们能够帮助您实现10,000个以上I型多肽和10,000个以上II型多肽的鉴定和识别。通过我们优化的高通量免疫多肽组学分析平台进行免疫肽组学分析，可从最小的样品材料中进行可重复的识别和定量。该服务可以应用于大规模的研究，旨在助力科研工作者寻找癌症、免疫疾病及传染病的解决方案，深入挖掘未知的靶标。

 

 

五、生物药物表征

百泰派克基于高分辨率质谱技术，MALDI TOF，高效色谱分离技术，提供一系列完善的生物药物分析方案，从蛋白质、多肽、抗体、疫苗等生物制品的氨基酸组成和一级结构分析，到产品变异性和纯度分析。旨在提供优质生物药物分析服务，帮助生物医药生产商提高生物药物品质。

 

 

百泰派克生物科技七大检测平台

 

 

 

百泰派克生物科技-生物制品表征，生物质谱多组学优质服务商

北京百泰派克生物科技有限公司致力于为生物/制药和医疗器械行业提供质量控制检测和项目验证等专业服务。公司实验室遵循NMPA、ICH、FDA和EMA等的法规和指导原则，通过CNAS/ISO9001双重质量体系认证，建立了完备的质量体系，数据冷热/异地备份，设备定期计量/期间核查，软件审计追踪，为客户提供一体化解决方案和技术服务，支持新药研发、药物申报注册和生产放行。

1.公司采用ISO9001质量控制体系，专业提供以质谱为基础的CRO检测分析服务；

2.获国家CNAS实验室认可，为客户提供符合全球药政法规的药物质量研究服务；

3.业务范围覆盖蛋白质组学、多肽组学、代谢组学、生物药物表征、单细胞分析、单细胞质谱流式、生信云分析以及多组学生物质谱整合分析等；

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6.致力于为您提供优质的生物质谱分析服务!