盐离子环境下肽分子结构动力学的双酰胺模式的2D IR研究

In biological system, protein stabilities and functions are critically affected by salt ions. Interaction between ions and proteins and other biological macromolecules is one of most important research areas in the protein engineering era. In this proposal, the amide-I and -II modes, which are sensitive to peptide backbone conformation and its environments, will be used as intrinsic structural markers, for the study of the structural dynamics of neutral and charged peptides in salt solutions, by using the femtosecond two-dimensional infrared spectroscopy (2D IR). The ion-peptide interactions will be investigated also by using conventional one-dimensional infrared spectroscopy and computational chemistry method. We will also investigate how peptide with charge affects the ions-peptide interactions. The obtained results shall enable to gain a more detailed microscopic picture on the ion-peptide interactions, and to provide vibration spectral data basis, in order to better understand the structural aspect of protein functions.

在生物体系中，蛋白质结构的稳定性及其功能的发挥离不开盐离子的调控作用。在蛋白质工程时代，蛋白质及生物大分子与离子的相互作用是当前重要的研究热点之一。本项目选取对肽骨架构象及环境敏感的振动模式，即酰胺-I带和酰胺-II带，作为内源结构探针，利用飞秒二维红外光谱实验手段，实时追踪在盐溶液中中性和带电荷的肽分子的结构动力学过程。并结合一维红外光谱和计算化学等方法从分子-离子水平上认识盐离子与肽分子之间的作用，同时分析肽分子的带电状态对其与离子之间作用的影响。研究结果有助于我们获得离子与肽分子之间相互作用的微观图像，为探讨离子与肽分子、蛋白质的相互作用和蛋白质功能的发挥提供结构化学数据基础。

在生物体系中，蛋白质结构的稳定性及其功能的发挥离不开盐离子的调控作用。在蛋白质工程时代，蛋白质及生物大分子与离子的相互作用是当前重要的研究热点之一。本项目选取对肽骨架构象及环境敏感的酰胺基团振动模式作为内源结构探针，利用飞秒二维红外光谱实验手段，实时追踪在盐溶液中肽分子的结构动力学过程。并结合一维红外光谱和计算化学等方法从分子-离子水平上认识盐离子与肽分子之间的作用。主要的研究成果有：（1）阴离子基本通过水分子的调制作用与酰胺单元间接作用，且作用大小基本遵循霍夫梅斯特序列。（2）在盐溶液中，部分金属阳离子与肽分子的酰胺单元中的C=O基团直接作用，使得酰胺-I带发生光谱劈裂。劈裂的两个峰代表酰胺单元与阳离子的不同作用状态。（3）超快红外光谱的研究结果表明这两个不同的相互作用状态之间不存在化学交换。（4）肽分子中的带电基团会影响阳离子与肽分子骨架的相互作用，在带电基团的影响下，水合能低的离子与酰胺单元直接作用，水合能高的离子与酰胺单元间接作用。本项目的研究结果有助于我们获得离子与肽分子之间相互作用的微观图像，为探讨离子与肽分子、蛋白质的相互作用和蛋白质功能的发挥提供结构化学数据基础。