El dicroísmo circular (CD) del es una forma de la espectroscopia basada en la absorción diferenciada de la luz circular polarizada izquierda y derecha . Puede ser utilizado para determinar la estructura de macromoléculas (estructura secundaria incluyendo de las proteínas y el uso de las manos de la DNA ).

Luz polarizada

La luz linear polarizada se polariza en cierta dirección (es decir la magnitud de su vector de campo eléctrico oscila solamente en un plano, similar a una onda de seno). En luz circular polarizada el vector de campo eléctrico tiene una longitud constante, pero gira sobre su dirección de la propagación. Por lo tanto, forma una hélice en espacio mientras que propaga. Si esto es una hélice zurda la luz se refiere según lo ido polarizado circular y viceversa para una hélice derecha. Ver los acoplamientos externos para una animación demostrativa de los diversos tipos de ondas electromagnéticas.

El campo eléctrico de un haz luminoso causa una dislocación linear de la carga al obrar recíprocamente con una molécula, mientras que el campo magnético de él causa una circulación de la carga. Estos dos movimientos combinaron resultado en una dislocación helicoidal cuando la luz se afecta a una molécula. Puesto que la luz circular polarizada sí mismo es " chiral", obra recíprocamente diferentemente con las moléculas quirales. Es decir, uno de los dos tipos de luz circular polarizada se absorbe a diversos grados. En un experimento CD, las cantidades iguales de luz haber polarizado circular de los left and right se irradian en la solución (quiral) de a. Uno de los dos tipos se absorbe más que el otro y esta diferencia dependiente de la longitud de onda de la absorción se mide, rindiendo el espectro CD de la muestra.

Debido a la interacción con la molécula, el vector de campo eléctrico de la luz traza una trayectoria elíptica mientras que propaga.

En una longitud de onda dada, $del$

l \ delta A=A_L-A_R \,

donde está la diferencia ΔA entre la absorbencia de la izquierda polarizada circular (LCP) y luz circular polarizada (RCP) correcta (esto es qué se mide generalmente).

Puede también ser expresado, aplicando la ley de cerveza, como: $\backslash \; delta\; del$

l A = (\ - \ epsilon_R del epsilon_L) Cl \,

donde está los coeficientes el
ε_L y ε_R del
de extinción molares para el RCP y LCP se encienden, el C del
es el l del
de la concentración molar es la longitud de trayectoria en centímetros (cm).

Entonces $del$

l \ = \ epsilon_L- \ epsilon_R del delta \ del épsilon \,

es el dicroísmo circular molar. Esto es qué es significada generalmente por el dicroísmo circular de la sustancia. Aunque ΔA se mida generalmente, porque las razones históricas la mayoría de las medidas se divulgan grados de elipticidad. La elipticidad circular molar del dicroísmo y de la muela, interconverted fácilmente por la ecuación:

$del\; =\; 3.2\; \backslash \; delta\; \backslash \; épsilon\; \backslash ,$.

Esta relación es derivada definiendo la elipticidad de la polarización como:

$tan\; \backslash \; theta\; =\; \backslash \; frac\; \{E\_R\; -\; E\_L\}\; \{\}\; \backslash ,\; de\; E\_R\; +\; de\; E\_L$

donde está las magnitudes el
E_R y E_L del
del campo eléctrico vectors de la luz polarizada derecha-circular e izquierda-circular, respectivamente.

Cuando E_R iguala E_L (cuando no hay diferencia en la absorbencia de la luz polarizada correcta e izquierdo-circular), el θ es 0° y la luz es el linear polarizado. Cuando E_R o E_L es igual a cero (cuando hay absorbencia completa de la luz polarizada circular en una dirección), el θ es 45° y la luz es el circular polarizado.

Generalmente, el efecto circular del dicroísmo es pequeño, así que el tanθ es pequeño y se puede aproximar como θ en los radianes . Desde la intensidad o la irradiación, I, de la luz es proporcional al cuadrado del vector del eléctrico-campo, la elipticidad se convierte: = \ frac del $\backslash \; de\; la\; theta\; del$

l (radianes) {(I_R^ {el 1/2} - I_L^ {el 1/2})}{(I_R^ {EL 1/2} + I_L^ {EL 1/2})}\,

Entonces substituyendo para I usar la ley de cerveza en forma del logaritmo natural :

$I\; =\; I\_0\; e^\; \{-\; A\; \backslash \}\; \backslash ,\; del\; ln\; \{10\}$

La elipticidad se puede ahora escribir como: = \ frac del $\backslash \; de\; la\; theta\; del$

l (radianes) {(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} \,

Desde ΔA<<1, esta expresión puede ser aproximada ampliando los exponentials en una serie de Taylor a los términos de primer orden y después de desechos de ΔA en comparación con la unidad y el que convierten de los radianes a los grados:

$\backslash \; theta\; (grados)\; =\; \backslash \; delta\; A\; \backslash \; ido\; (\backslash \; frac\; \{ln10\}\; \{4\}\; \backslash \; derecho)\; \backslash \; ido\; (\backslash \; frac\; \{180\}\; \{\backslash \; pi\}\; \backslash )\; derecho\; \backslash ,$

La dependencia linear de la concentración y de la longitud del camino del soluto es quitada definiendo elipticidad molar como,

$=\; \backslash \; frac\; \{100\; \backslash \; theta\}\; \{\}\; \backslash ,\; del\; Cl$

Entonces combinando la expresión pasada dos con la ley de cerveza, la elipticidad molar se convierte: $del$

l = 100 \ delta \ (\ frac {180} {\ pi} \ derecho) = 3.2 épsilones \ dejados (\ frac {ln10} {4} \ derecho) \ dejados \ delta \ épsilon \,

Uso a las moléculas biológicas

Este fenómeno será exhibido generalmente en vendas de absorción de cualquier molécula activa óptico . Por consiguiente, el dicroísmo circular es exhibido por las moléculas biológicas, debido a el Dextrorotary (e. algunos azúcares y el levógiro (e. algunas moléculas de los aminoácidos que contienen. Aún más importante es que una estructura secundaria también impartirá un CD distinto a sus moléculas respectivas. Por lo tanto, la hélice alfa de proteínas y la hélice doble de los ácidos nucléicos tienen representante CD de las firmas espectrales de sus estructuras.

El CD es estrechamente vinculado a la técnica rotativa óptica de la dispersión (ORD), y se considera generalmente para ser avanzado. El CD se mide adentro o acerca a las vendas de absorción de la molécula del interés, mientras que ORD se puede medir lejos de estas vendas. En principio estas dos medidas espectrales se pueden interconverted con un integral transforman, si todas las absorciones se incluyen en las medidas.

( ultravioleta) el espectro CD lejos-ULTRAVIOLETA de proteínas puede revelar características importantes de su estructura secundaria . Los espectros CD se pueden utilizar fácilmente para estimar la fracción de una molécula que esté en la conformación de la Alfa-hélice, la conformación de la Beta-hoja, el Beta-da vuelta a la conformación de, o a una cierta otra (e. la bobina al azar ) conformación. Estas asignaciones fraccionarias ponen apremios importantes en las conformaciones secundarias posibles que la proteína puede estar adentro. El CD no puede, decir generalmente dónde las hélices alfa se detectan que están situadas dentro de la molécula o aún predecir totalmente cuántos hay. A pesar de esto, el CD es una herramienta valiosa, especialmente para demostrar cambia en la conformación. Puede, por ejemplo, ser utilizado para estudiar cómo la estructura secundaria de una molécula cambia en función de temperatura o de la concentración de desnaturalizar los agentes, e. clorhidrato de Guanidinium o urea . De esta manera puede revelar la información termodinámica importante (tal como la entalpia y energía libre de Gibbs de la desnaturalización) sobre la molécula que no puede ser obtenida de otra manera fácilmente. Cualquier persona que intenta estudiar una proteína encontrará el CD una herramienta valiosa para verificar que la proteína está en su conformación nativa antes de emprender experimentos extensos y/o costosos con ella. También, hay un número de otras aplicaciones para la espectroscopia CD en la química de proteína no relacionada con la valoración de la fracción de la alfa-hélice.

El espectro CD cercano-ULTRAVIOLETA (>250 nanómetro) de proteínas proporciona la información en la estructura terciaria. Las señales obtenidas en la región de 250-300 nanómetro son debido a la absorción, a la orientación del dipolo y a la naturaleza del ambiente circundante los puentes de la fenilalanina, de la tirosina, de la cisteína (o del disulfuro de los S-S) y los aminoácidos del triptófano. Desemejante en del CD lejos-ULTRAVIOLETA, el espectro CD cercano-ULTRAVIOLETA no se puede asignar a ninguna estructura particular 3D. Los espectros CD Cercano-ULTRAVIOLETA pueden también proporcionar la información estructural en la naturaleza de los grupos prostéticos en proteínas, tales como heme agrupan e. en la hemoglobina y el citocromo C.

La espectroscopia CD visible es una técnica muy de gran alcance para estudiar interacciones de la metal-proteína y puede resolver transiciones electrónicas individuales de la DD como vendas separadas. Los espectros CD en la región de la luz visible se producen solamente cuando un ion del metal está en un ambiente quiral, así, los iones libres del metal en la solución no se detectan. Esto tiene la ventaja solamente de observar el metal protein-bound, así que la dependencia y las estequiometrías del pH se obtienen fácilmente. La actividad óptica en complejos del ion del metal de transición se ha atribuido a basado en la configuración, a conformacional y los efectos vecinos. Klewpatinond y Viles (2007) han producido un sistema de las reglas empíricas para predecir el aspecto de los espectros CD visibles para los complejos cuadrado-planares de Cu²⁺ y de Ni²⁺ que implicaban la coordinación de la histidina y de la principal-cadena.

El CD da menos información estructural específica que e. la cristalografía de la radiografía o la espectroscopia de la proteína RMN, esos ambas da datos atómicos de la resolución. No obstante la espectroscopia CD es un método rápido, ésa no requiere granes cantidades de proteínas y de la informática extensa. Así el CD se puede utilizar para examinar una gran cantidad de condiciones solventes, variando la temperatura, el pH, la salinidad y la presencia de varios cofactores.

La espectroscopia CD se utiliza generalmente para estudiar las proteínas en la solución, y complementa así los métodos que estudian el de estado sólido. Esto es también una limitación, en que muchas proteínas están encajadas en las membranas en su estado nativo, y las soluciones que contienen las estructuras de la membrana a menudo están dispersando fuerte. El CD se mide a veces en películas finas.

Limitaciones experimentales

El CD también se ha estudiado en los carbohidratos, pero con el éxito limitado debido a las dificultades experimentales asociadas a la medida de espectros CD en la región ultravioleta (VUV) del vacío del espectro (100-200 nanómetro), donde mienten las vendas CD correspondientes de carbohidratos sin sustituir. Los carbohidratos substituidos con las vendas sobre la región del VUV se han medido con éxito.

La medida del CD también es complicada por el hecho que los sistemas acuosos típicos del almacenador intermediario absorben a menudo en la gama donde las características estructurales exhiben la absorción diferenciada de la luz circular polarizada. El fosfato, el sulfato, el carbonato, y los almacenadores intermediarios del acetato son generalmente incompatibles con CD a menos que esté hecho extremadamente diluído e. en la gama de 10-50 milímetro. El sistema del almacenador intermediario de TRIS debe ser evitado totalmente al realizar el CD lejos-ULTRAVIOLETA. El borato y las sales del amonio son de uso frecuente establecer la gama apropiada del pH para los experimentos CD. Algunos experimentadores han substituido el fluoruro para el ion del cloruro porque el fluoruro absorbe menos en el lejos ULTRAVIOLETA, y algo ha trabajado en agua pura. Otra, casi universal, técnica es reducir al mínimo la absorción solvente usando las células de la longitud de una trayectoria más corta al trabajar en el lejos ULTRAVIOLETA, las longitudes de trayectoria de 0.1 milímetros no es infrecuente en este trabajo.

Además de la medición en sistemas acuosos, el CD, particularmente CD lejos-ULTRAVIOLETA, se puede medir en los solventes orgánicos e. etanol, metanol, Trifluoroethanol (o TFE ). Este 3ultimo tiene la ventaja para inducir la formación de la estructura de proteínas, induciendo las beta-hojas en algún y las hélices alfa en otras, que no demostrarían bajo condiciones acuosas normales. La mayoría de los solventes orgánicos comunes tales como acetonitrilo, THF, cloroformo, diclorometano están sin embargo, incompatible con CD lejos-ULTRAVIOLETA.

Puede estar de interés de observar que los espectros CD de la proteína usados en la valoración de la estructura secundaria están relacionados con el π a las absorciones orbitales del π* de los enlaces de la amida que ligan los aminoácidos. Estas vendas de absorción mienten en parte en el ultravioleta supuesto del vacío del (longitudes de onda menos que cerca de 200 nanómetro). La región de la longitud de onda de interés es realmente inaccesible en el aire debido a la absorción fuerte de la luz por el oxígeno en estas longitudes de onda. Estos espectros se miden en la práctica no en vacío sino en un instrumento libre de oxígeno (llenado del gas puro del nitrógeno ).

Una vez que se ha eliminado el oxígeno, quizás el factor técnico segundo en el trabajo debajo de 200 nanómetro es diseñar el resto del sistema óptico para tener pérdidas bajas en esta región. Crítico a este respecto es el uso de los espejos aluminizados cuyas capas se han optimizado para de pequeñas pérdidas en esta región del espectro.

La fuente de luz generalmente en estos instrumentos es una alta presión, lámpara del xenón del corto-arco. Las lámparas de arco ordinarias del xenón son inadecuadas para el uso en el ULTRAVIOLETA bajo. En lugar las lámparas especialmente construidas con los sobres hechos de la silicona fundida sintético de gran pureza deben ser utilizadas. La luz de fuentes del sincrotrón tiene un flujo mucho más alto en las longitudes de onda cortas, y se ha utilizado para registrar el CD abajo a 160 nanómetro.

En el nivel mecánico del quántum, el contenido de información del dicroísmo circular y la rotación óptica son idénticos.

Ver también

dicroísmo
Dicroísmo circular magnético
Actividad óptica
Isomerism óptico
Rotación óptica
Polarización

.

Zenithic

Napoleonic (Fabergé egg)

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