在這篇文章中，我們探討了如何表征血紅素蛋白、肌紅蛋白和細(xì)胞色素，它們是哺乳動(dòng)物生理學(xué)的關(guān)鍵蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)的研究對(duì)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用具有重要意義。
血細(xì)胞組與蛋白質(zhì)結(jié)合，并且對(duì)蛋白質(zhì)發(fā)揮其生物作用至關(guān)重要。血紅素蛋白 在卟啉假體基團(tuán)的中心有一個(gè)鐵原子，這使其成為較大種類(lèi)金屬蛋白的一個(gè)極其通用的例子，該術(shù)語(yǔ)用于描述具有金屬離子輔因子的任何蛋白質(zhì)。
血紅素蛋白和肌紅蛋白是金屬蛋白的兩個(gè)常見(jiàn)示例。它們是類(lèi)似的化合物，它具有在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中儲(chǔ)存和輸送氧的功能。金屬蛋白的另一個(gè)例子是細(xì)胞色素 c，其在電子輸送鏈中起著關(guān)鍵的作用，有助于 ATP 合成。
血紅素蛋白在 哺乳動(dòng)物生理學(xué)中起著至關(guān)重要的作用。它們?cè)谘髦袃?chǔ)存和輸送氧氣，并在線粒體中傳輸電子，以合成用于驅(qū)動(dòng)細(xì)胞過(guò)程的高能分子。
血紅素組產(chǎn)生 吸光度帶 ，它根據(jù)血紅素組的狀態(tài)而變化。吸光度測(cè)量可用于研究關(guān)鍵蛋白質(zhì)參數(shù)，尤其是蛋白質(zhì)構(gòu)象（結(jié)構(gòu)），并提供有關(guān)血紅素假體基團(tuán)的結(jié)合和氧化狀態(tài)信息。
血紅素假體基團(tuán)的存在使得紫外可見(jiàn)光譜法成為光譜法研究血紅素蛋白的強(qiáng)大工具。假體基團(tuán)產(chǎn)生吸收光譜，該光譜隨著血紅素組的狀態(tài)而變化。
血紅素蛋白可攜帶多達(dá)四個(gè) 氧分子，其中蛋白質(zhì)的構(gòu)象因氧分子的存在和結(jié)合氧分子的數(shù)量而異。因此，光譜學(xué)是測(cè)量血氧含量的有用工具。這在多種醫(yī)療應(yīng)用中很重要，包括患者處于鎮(zhèn)靜狀態(tài)、昏迷或以其他方式不能表達(dá)惡心或昏厥的情況，這些都是低血氧的常見(jiàn)跡象。
海洋光學(xué)實(shí)驗(yàn)室服務(wù) 團(tuán)隊(duì)使用紫外可見(jiàn)光譜法來(lái)研究血紅素蛋白、肌紅蛋白和細(xì)胞色素的表征，這對(duì)于其在哺乳動(dòng)物生理學(xué)中的功能非常重要。與許多生物分子一樣，這些金屬蛋白具有獨(dú)特的光譜，可以使用紫外光或可見(jiàn)光范圍內(nèi)的吸收光譜進(jìn)行測(cè)量。
該實(shí)驗(yàn)的原始設(shè)置使用了火花光譜傳感器，該傳感器已被停用。Ocean HDX和Flame 光譜儀是進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)的設(shè)備，在性能、靈活性和穩(wěn)定性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。
為了測(cè)量血紅素蛋白（Sigma H-7379）、肌紅蛋白（Sigma M-0630）和細(xì)胞色素 c（Sigma C-3131） 的可見(jiàn)吸收光譜，在水中制備每種溶液，濃度大約為 1mg/mL。必要時(shí)稀釋 樣品以提供低于 1AU 的光譜數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)移到一次性比色皿中。 吸光度測(cè)量采用的積分時(shí)間設(shè)定為 3.5 ms，50 次掃描為平均值，矩形波串平滑寬度為 10。
測(cè)量金屬蛋白質(zhì)的吸收光譜揭示了因血紅素基團(tuán)存在而產(chǎn)生的每種蛋白質(zhì)的光譜特征相似性（圖 1）。
圖 1. 金屬蛋白具有與血紅素基團(tuán)相似的吸光度特征。
根據(jù)這些光譜的形狀（其隨著血紅素基團(tuán)的狀態(tài)而變化），我們可以得出結(jié)論，每個(gè)蛋白質(zhì)的血紅素基團(tuán)中的鐵原子已被氧化。因此，光譜與高鐵血紅蛋白（圖2）、高鐵肌紅蛋白（圖3）和氧化細(xì)胞色素c（圖4）的光譜一致。
圖 2. 血紅素基團(tuán)中鐵原子的氧化使得光譜與高鐵血紅蛋白保持一致。
圖 3. 血紅素基團(tuán)中的鐵原子氧化與高鐵肌紅蛋白保持一致。
圖 4. 氧化后的細(xì)胞色素 c 的吸收光譜。
如果鐵原子處于不同的氧化狀態(tài)或結(jié)合了另一種氣體，針對(duì)這些蛋白質(zhì)測(cè)量的光譜將非常不同。
吸收光譜 ，尤其是紫外可見(jiàn)光范圍， 是表征蛋白質(zhì)和其他生命科學(xué)樣品的強(qiáng)大工具，如此處所示， 它能夠 研究血紅素基團(tuán)的狀態(tài)。 對(duì)于金屬蛋白，紫外可見(jiàn)光吸收光譜提供了血紅素假體基團(tuán)的詳細(xì)信息。 由于血紅素基團(tuán)對(duì)于執(zhí)行其關(guān)鍵生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)至關(guān)重要， 該技術(shù)在教育、研究、臨床實(shí)驗(yàn)室和醫(yī)療領(lǐng)域非常有用。