使用光谱进行血红素蛋白的表征

什么是血红素蛋白？

血细胞组与蛋白质结合，并且对蛋白质发挥其生物作用至关重要。血红素蛋白 在卟啉假体基团的中心有一个铁原子，这使其成为较大种类金属蛋白的一个极其通用的例子，该术语用于描述具有金属离子辅因子的任何蛋白质。

血红素蛋白和肌红蛋白是金属蛋白的两个常见示例。它们是类似的化合物，它具有在哺乳动物细胞中储存和输送氧的功能。金属蛋白的另一个例子是细胞色素 c，其在电子输送链中起着关键的作用，有助于 ATP 合成。

血红素蛋白在 哺乳动物生理学中起着至关重要的作用。它们在血流中储存和输送氧气，并在线粒体中传输电子，以合成用于驱动细胞过程的高能分子。

血红素蛋白和光谱

血红素组产生 吸光度带 ，它根据血红素组的状态而变化。吸光度测量可用于研究关键蛋白质参数，尤其是蛋白质构象（结构），并提供有关血红素假体基团的结合和氧化状态信息。

血红素假体基团的存在使得紫外可见光谱法成为光谱法研究血红素蛋白的强大工具。假体基团产生吸收光谱，该光谱随着血红素组的状态而变化。

血红素蛋白可携带多达四个 氧分子，其中蛋白质的构象因氧分子的存在和结合氧分子的数量而异。因此，光谱学是测量血氧含量的有用工具。这在多种医疗应用中很重要，包括患者处于镇静状态、昏迷或以其他方式不能表达恶心或昏厥的情况，这些都是低血氧的常见迹象。

血红素表征

海洋光学实验室服务 团队使用紫外可见光谱法来研究血红素蛋白、肌红蛋白和细胞色素的表征，这对于其在哺乳动物生理学中的功能非常重要。与许多生物分子一样，这些金属蛋白具有独特的光谱，可以使用紫外光或可见光范围内的吸收光谱进行测量。

该实验的原始设置使用了火花光谱传感器，该传感器已被停用。Ocean HDX和Flame 光谱仪是进行这些实验的设备，在性能、灵活性和稳定性方面具有显著优势。

实验装置 

为了测量血红素蛋白（Sigma H-7379）、肌红蛋白（Sigma M-0630）和细胞色素 c（Sigma C-3131） 的可见吸收光谱，在水中制备每种溶液，浓度大约为 1mg/mL。必要时稀释 样品以提供低于 1AU 的光谱数据，然后转移到一次性比色皿中。  吸光度测量采用的积分时间设定为 3.5 ms，50 次扫描为平均值，矩形波串平滑宽度为 10。

結果 

测量金属蛋白质的吸收光谱揭示了因血红素基团存在而产生的每种蛋白质的光谱特征相似性（图 1）。

图 1. 金属蛋白具有与血红素基团相似的吸光度特征。

根据这些光谱的形状（其随着血红素基团的状态而变化），我们可以得出结论，每个蛋白质的血红素基团中的铁原子已被氧化。因此，光谱与高铁血红蛋白（图2）、高铁肌红蛋白（图3）和氧化细胞色素c（图4）的光谱一致。

图 2. 血红素基团中铁原子的氧化使得光谱与高铁血红蛋白保持一致。

图 3. 血红素基团中的铁原子氧化与高铁肌红蛋白保持一致。

图 4. 氧化后的细胞色素 c 的吸收光谱。

如果铁原子处于不同的氧化状态或结合了另一种气体，针对这些蛋白质测量的光谱将非常不同。

结论 

吸收光谱 ，尤其是紫外可见光范围， 是表征蛋白质和其他生命科学样品的强大工具，如此处所示， 它能够 研究血红素基团的状态。 对于金属蛋白，紫外可见光吸收光谱提供了血红素假体基团的详细信息。  由于血红素基团对于执行其关键生物学功能的蛋白质至关重要， 该技术在教育、研究、临床实验室和医疗领域非常有用。