傅立葉變換紅外光譜對灰指甲組織結構的研究

2.1 酰胺I峰和酰胺Ⅱ峰的變化

蛋白質多肽鏈的化學基本結構是：

，角蛋白具有α-螺旋結構。在螺旋結構中，主鏈骨架的羰基（C=O）氧原子與胺基（NH）上的氫原子生成氫鍵。螺旋構象就是靠氫鍵來維持的。若破壞氫鍵，則螺旋構象變成伸展的多肽鏈。在α-螺旋構象中，多肽鏈主鏈骨架圍繞螺旋中心軸一圈一圈螺旋式地上升。相鄰的螺圈之間形成鏈內氫鍵，即一個肽單位的胺基氫原子與前面第三個肽單位的羰基氧原子生成氫鍵。氫鍵的取向與螺旋中心軸幾乎平行。α-螺旋構象允許所有的肽鍵都能參與鏈內氫鍵的形成，因此，α-螺旋構象是相當穩定的。α-螺旋構象僅靠氫鍵維持。若破壞氫鍵，則α-螺旋構象便遭到破壞，而變成伸展的的多肽鍵。

圖1示出，灰指甲與健康指甲的紅外光譜在1700~1500 cm^-1區間存在較大的差別。1653 cm^-1為酰胺I峰，1540 cm^-1為酰胺Ⅱ峰，灰指甲的紅外光譜圖顯示，其酰胺I峰普遍增加了4個波數，酰胺Ⅱ峰普遍下降了4個波數，并且在灰指甲的紅外光譜圖中，羰基峰分裂較明顯，實驗發現，灰指甲的病變程度越高，其分裂現象越嚴重。如圖1c所示，酰胺I峰和酰胺Ⅱ峰同時發生分裂。

在酰胺I峰中，對伯胺而言，v_C=O占59%，δ-_NH占40%，而羰基極易受氫鍵的影響，氯鍵的存在，使得v_C=O波數降低。在酰胺Ⅱ峰中，也極易受氫鍵影響，氫鍵破壞，該峰向低波數移動�；抑讣椎募t外光譜在酰胺I峰、酰胺Ⅱ峰出現波數變動的情況，恰恰說明了灰指甲的α-角蛋白螺旋結構中的氫鍵遭到了破壞，肽鏈趨于伸展。酰胺I峰、酰胺Ⅱ峰的分裂現象，說明灰指甲蛋白質分子中出現了多種化學環境不相同的羰基，由此可推斷出灰指甲α-螺旋肽鏈不僅失去了螺旋，而且還發生了斷裂，形成了不同小分子的氨基酸。

2.2 胺基的伸縮振動的變化

胺基氮氫鍵的伸縮振動位于3500~3150cm^-1，呈締合狀態。實驗表明灰指甲的胺基伸縮振動的波數的分布比健康指甲的分布略低（參見表1）。α-螺旋固然有較好的氧鍵鍵合，使得構象穩定，但當α-角蛋白螺旋結構破壞后，肽鏈也遭到了破壞，出現了不同化學環境的羰基和胺基，形成了不同小分子的肽段和殘基，胺基在固態下是以締合形式存在的，分子內和分子間的締合更為復雜，氫鍵取向無序。因此，當α-角蛋白螺旋結構破壞后，胺基的締合程度并沒有減輕，并且氫鍵排列無序。因此，灰指甲蛋白中氮氫鍵的伸縮振動頻率有向低波數偏移的傾向。

2.3 甲基、亞甲基譜帶的變化

在測試的12例灰指甲的紅外光譜圖中，甲基、亞甲基的伸縮振動和彎曲振動譜帶，與健康指甲相比，在吸收強度上呈現規律性變化，現將甲基和亞甲基所對應的吸收峰的吸光度值之比列于表2。

2960 cm^-1為甲基的伸縮振動吸收峰，2928 cm^-1為亞甲基的伸縮振動吸收峰，指甲病變后，甲基伸縮振動峰吸收強度增強，而亞甲基的相對減弱（見圖2），吸光度比值增大，由平均值0.91上升為0.98。甲基和亞甲基的彎曲振動吸收峰1456和1399 cm^-1，其吸收峰強度的變化與伸縮振動相呼應（見圖3），吸光度比值由0.92上升到1.02。在紅外光譜中，吸收峰的強弱取決于基團偶極矩的改變的難易程度。但在相同的物質中，對于同種官能團，峰的強弱則與該物質中基團的含量有關。甲基、亞甲基相對吸收峰強度的改變，表明了灰指甲中甲基量增加而亞甲基量相對降低。結合蛋白質的分子結構分析，可能是側鏈發生了斷裂，使得一些有序排列改變。對于改變的具體情況，若有必要，可在今后結合其它分析手段進一步探討。（何書美，劉敬蘭，傅立葉變換紅外光譜對灰指甲組織結構的研究[J]分析試驗室，2006年6月第25卷第6期：52-55）

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