طیف سنجی فوریه مادون قرمز (FTIR)

طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR) یک روش تجربی است که در ابتدا برای تجزیه و تحلیل کمی و کیفی ترکیبات ارگانیک استفاده می شود، اطلاعات خاصی را درباره ساختار مولکولی، پیوند شیمیایی و محیط مولکولی ارائه می دهد. برای سالهای زیادی، FTIR برای مطالعه طیف گسترده ای از پروتئین ها، آنزیم ها، اسیدهای نوکلئیک، لیپید ها و گلی کولپید ها و سیستم های فوتوبئولوژی شناخته شده است. طیف سنجی زمان سنجی (tr) -FTIR می تواند واکنش های اسید آمینه، لیگاندها و مولکول های آب خاص را در مرکز فعال پروتئین در محدوده زمانی از نانو ثانیه ها تا چند ثانیه حفظ کند، بنابراین درک مفصلی از مکانیزم واکنش مولکولی را فراهم می کند.

مفاهیم کلیدی:

• FTIR در مقایسه با سایر تکنیک های اسپکتروسکوپی چند مزیت ارائه می دهد.

• طیف سنجی FTIR به طور گسترده ای برای بررسی ساختار پروتئین ثانویه مورد استفاده قرار می گیرد.

• برای به دست آوردن اطلاعات در مورد گروه های فردی، باید طیف های مختلفی را دنبال کنیم.

• برای به دست آوردن اطلاعات در مورد مکانیزم واکنش، گروه های مادون قرمز باید به گروه های مولکولی پروتئین اختصاص داده شود.

• روش QM / MM (مکانیک کوانتومی مکانیک / مولکولی) می تواند برای محاسبه طیف مادون قرمز پروتئین استفاده شود.

• با تکنیک ATR (انعکاس کل انفجار)، ممکن است یک پروتئین بر روی یک سطح ثابت شود و واکنش با لیگاندها یا پروتئین های دیگر را بررسی کند.

• تغییرات بیوشیمیایی بافت ها و مایعات بدن را می توان با استفاده از FTIR کنترل کرد.

• با استفاده از میکروسکوپ های مادون قرمز اطلاعات حل شده فضایی با وضوح چند میکرومتری می تواند بدست آید.

کلمات کلیدی: ساختار پروتئینی ثانویه؛ خصوصیات لیپید؛ تعیین pKa؛ زیست شناسی دارویی؛ پروتئین ها؛ مکانیزم واکنش مولکولی؛ طیف سنجی زمان حل شده

	شکل 1. (a) Typical setup of a Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer: the light from an infrared light source is sent through an aperture hole to a mirror (the ‘beamsplitter’) that sends two equivalent beams (one reflected and one transmitted) to a fixed and to a scanning retroreflector mirror, respectively. After acquiring different optical path lengths (in addition to the equal distances of both mirrors from the beamsplitter – the ‘zero path difference’) these two beams recombine on the beamsplitter and are sent to the sample, and after this to a semiconductor detector. The detector signal as function of the optical path difference between the two mirrors is the interferogram (b). After fast Fourier transform (FFT) calculation the infrared spectrum is obtained. Reproduced from Kötting C and Gerwert K (2007) Protein reactions: resolved with tr‐FTIR. اسپکتروسکوپی اروپا 19 (3): S19-S23.
	شکل 2. دستگاه ftir طیف جذب نمونه ای از محلول پروتئین (در اینجا 10 میلیمتر رسی). اجزای اصلی توسط رنگ قرمز (ارتعاش کشش CO، آمید I)، آبی (ارتعاش خمشی، آب) و سبز (ترکیبی از خمش NH و ارتعاش کشش CN، آمید II) نشان داده شده است. گروه آمید I برای ساختار ثانویه تجزیه می شود. در قسمت پایه، دو طیف جذب یک پروتئین، که تنها در پروتونهای یک گروه کربوکسیل متمایز می شوند، به صورت طرح صورت می گیرد. در قسمت پایین، یک طیف اختلاف از این دو حالت به صورت طرح صورت می گیرد. جذب پسزمینه قسمت بدون تغییر پروتئین از بین می رود؛ جذب گروه واکنش دهنده اکنون حل شده است. Reproduced از Kötting C و Gerwert K (2007) واکنش های پروتئین: حل با tr-FTIR. اسپکتروسکوپی اروپا 19(3): S19-S23.
	شکل 3 (a) تخصیص باند توسط mutagenesis هدایت شده توسط سایت. در طیف اختلاف N-BR نوع وحشی (WT) (آبی)، گروه مثبت پروتونهای Asp85 را نشان می دهد، گروه منفی پروتئین Asp96 را نشان می دهد و باند تفاوت نشان می دهد که تغییر در اتصال هیدروژن Asp115. گروه منفی Asp96 در جهش Asp96Asn (قرمز) از بین می رود. باند اختلاف Asp115 در Asp115Asn جهش (سبز) ناپدید می شود. (ب) تخصیص باند توسط برچسب های ایزوتوپ: در طیف هیدرولیز Ras، نوارهای رو به پایین از حالت Ras · GTP (نگاه کنید به http://mrw.interscience.wiley.com/emrw/9780470015902/els/article/a0003052 / current / pdf، http://mrw.interscience.wiley.com/emrw/9780470015902/els/article/a0005534/current/pdf و http://mrw.interscience.wiley.com/emrw/9780470015902/els/article / a0000657 / current / pdf؛ گروه های رو به بالا از منطقه Ras · دولت تولید ناخالص داخلی هستند. سیاه: بدون برچسب؛ سبز: γ-18O3‐GTP. Owing to the labelling, the absorption of the νas(γ‐PO3)‐vibration has shifted, whereas the other bands, for example the absorption of the νas(α‐PO2)‐vibration are unchanged. The bands of the released Pi facing upwards at 1078 and 990 cm−1 are also shifted by the label. Below, the calculated normal modes of the isolated νas(γ‐PO3)‐vibration are shown. Reproduced from Kötting C and Gerwert K (2007) Protein reactions: resolved with tr‐FTIR. Spectroscopy Europe19(3): S19–S23.
	Figure 4. (یک) تغییرات جذب وابسته به زمان در طول photocycle BR از 30 NS به 200 میلی ثانیه در 4 سانتی متر -1 قطعنامه. جذب پروتونه Asp85 (1762 سانتی متر -1 ) و شیف باز پروتونه (PSB) (1190 سانتی متر -1 ) نشان داد. در واکنش L → M (پس از 60 μs تکمیل شده)، پروتون از PSB به Asp85 منتقل می شود، همانطور که در پراکندگی در 1190 سانتی متر -1 دیده می شود و افزایش در 1762 سانتی متر -1. (ب) به دلیل ایزومریسیون نور ناشی از شبکیه کروموپور، اتصال قوی H-402 آب شکسته شده و تقریبا نیمی از انرژی در پروتئین ذخیره می شود. پس از ایزومریسیون، OH-گروه آزاد آب مروارید 401 H-bonded است و دیگر نمی تواند بارگیری Asp85 را تثبیت کند. پروتون از PSB به Asp85 منتقل می شود. با توجه به خنثی سازی Asp85، یک حرکت رو به پایین Arg82 ایجاد می شود. این حرکت شارژ مثبت، پروتئین آب پیچیده در نزدیکی سطح پروتئین را نابود می کند. خوشه آب پروتون شده (آبی) یک پروتون را ذخیره می کند، احتمالا در مجموعه ایژن نامتقارن (H + (H 2 O) 3). This destabilises the second hydration shell. In contrast to the random Grotthuss‐proton transfer in water, in the protein the water complex is deprotonated by a directed movement of Arg82. The proton is stabilised in the second hydration shell by amino acids instead of water molecules. Reproduced from Kötting C and Gerwert K (2007) Protein reactions: resolved with tr‐FTIR. Spectroscopy Europe19(3): S19–S23.