【关键词】灰指甲;红外光谱;螺旋结构;肽链;氢键
治疗灰指甲的方法很多,但疗效不是甚好,医学界仍然在治疗方法上探索。指甲是由动物体中用于结缔及保护功能的角蛋白组成的,由于其不溶于水、盐溶液、稀碱和稀酸溶液,对于指甲的化学分析受到了一定的局限。红外光谱避开了化学处理方法,指甲可直接取样并能压制成透明薄片,充分发挥了红外光谱的优势。近年来,随着医学研究的发展,检验人体组织变化的文献相继报道。童义平等利用红外光谱对食道癌患者的病变组织与正常人的正常组织进行了研究,对病变组织(蛋白质)引起的红外光谱图的变化进行解释。沈世杰等对人乳腺癌组织也进行了研究。根据IR谱的变化推断了蛋白质分子结构的变化情况。董勤等利用红外光谱对癌症患者的指甲进行了辨别。本文针对指甲α角蛋白的构象特性,从蛋白质的结构方面研究了灰指甲的红外光谱,对灰指甲患者和正常人的指甲进行了对比,测试了12例灰指甲和6例健康指甲的红外光谱图,并对其吸收峰的变化进行了分析研究,推断出了灰指甲的病态结构— — 螺旋氢键的断裂以及分子链的断裂。揭示了它与健康指甲的不同之处,对于灰指甲的治疗提供了微观结构方面的参考。目前,利用红外光谱对灰指甲结构变化的研究尚未见报道。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
PE-M1730傅立叶变换红外光谱仪。KBr(光谱纯),灰指甲(由灰指甲诊所提供),健康指甲。
1.2 测试条件
扫描范围4000~
1.3 红外光谱图的绘制
用不锈钢锉将指甲锉成粉末,与KBr一起研磨,并在10吨压力下压成透明薄片,置于光路,在上述条件下绘制IR谱。
2 结果与讨论
实验一共测试了12例(2组)灰指甲患者的指甲和6例健康指甲,其特征官能团的峰位置列于表1。
2.1 酰胺I峰和酰胺Ⅱ峰的变化
蛋白质多肽链的化学基本结构是:
,角蛋白具有α-螺旋结构。在螺旋结构中,主链骨架的羰基(C=O)氧原子与胺基(NH)上的氢原子生成氢键。螺旋构象就是靠氢键来维持的。若破坏氢键,则螺旋构象变成伸展的多肽链。在α-螺旋构象中,多肽链主链骨架围绕螺旋中心轴一圈一圈螺旋式地上升。相邻的螺圈之间形成链内氢键,即一个肽单位的胺基氢原子与前面第三个肽单位的羰基氧原子生成氢键。氢键的取向与螺旋中心轴几乎平行。α-螺旋构象允许所有的肽键都能参与链内氢键的形成,因此,α-螺旋构象是相当稳定的。α-螺旋构象仅靠氢键维持。若破坏氢键,则α-螺旋构象便遭到破坏,而变成伸展的的多肽键。
图1示出,灰指甲与健康指甲的红外光谱在1700~
在酰胺I峰中,对伯胺而言,vC=O占59%,δ-NH占40%,而羰基极易受氢键的影响,氯键的存在,使得vC=O波数降低。在酰胺Ⅱ峰中,也极易受氢键影响,氢键破坏,该峰向低波数移动。灰指甲的红外光谱在酰胺I峰、酰胺Ⅱ峰出现波数变动的情况,恰恰说明了灰指甲的α-角蛋白螺旋结构中的氢键遭到了破坏,肽链趋于伸展。酰胺I峰、酰胺Ⅱ峰的分裂现象,说明灰指甲蛋白质分子中出现了多种化学环境不相同的羰基,由此可推断出灰指甲α-螺旋肽链不仅失去了螺旋,而且还发生了断裂,形成了不同小分子的氨基酸。
2.2 胺基的伸缩振动的变化
胺基氮氢键的伸缩振动位于3500~
2.3 甲基、亚甲基谱带的变化
在测试的12例灰指甲的红外光谱图中,甲基、亚甲基的伸缩振动和弯曲振动谱带,与健康指甲相比,在吸收强度上呈现规律性变化,现将甲基和亚甲基所对应的吸收峰的吸光度值之比列于表2。