在这篇文章中，我们将探讨光谱学如何表征血红蛋白、肌红蛋白和细胞色素，它们是哺乳动物生理学中的关键蛋白质。对这些蛋白质的研究对生物医学应用具有重要意义。
什么是血红蛋白？
血红素基团与蛋白质结合，是蛋白质发挥其生物功能的关键。血红素蛋白在卟啉人工基团的中心有一个铁原子，使它们成为金属蛋白（用于描述任何具有金属离子辅助因子的蛋白质）这一大类中用途极为广泛的一种。
血红蛋白和肌红蛋白是金属蛋白的两个常见例子。它们是类似的化合物，在哺乳动物细胞中具有储存和运输氧气的功能。金属蛋白的另一个例子是细胞色素 c，它在电子传递链中发挥着帮助合成 ATP 的关键作用。
血红素蛋白在哺乳动物的生理过程中发挥着至关重要的作用。它们在血液中储存和运输氧气，并在线粒体中运输电子，以合成用于驱动细胞过程的高能分子。
血红素蛋白和光谱学
血红素基团会产生吸光带，根据血红素基团的状态而变化。吸光度测量可用于研究蛋白质的关键参数，尤其是蛋白质构象（结构），并提供有关血红素修复基团的结合和氧化状态的信息。
血红素人工基团的存在使紫外可见光谱成为通过其光谱变化研究血红素蛋白的有力工具。修复基团产生的吸光度光谱随血红素基团的状态而变化。
血红蛋白最多可携带四个氧分子，蛋白质的构象因氧分子的存在和结合氧分子的数量而不同。因此，光谱学是测量血氧水平的有用工具。这在各种医疗应用中都很重要，包括病人处于镇静、昏迷或无法表达恶心或昏厥的情况，而恶心或昏厥是血氧含量低的常见征兆。
血红素表征
我们利用紫外可见光谱法探索了血红蛋白、肌红蛋白和细胞色素的特性，这些金属蛋白在哺乳动物的生理学中具有重要的功能。与许多生物大分子一样，这些金属蛋白具有独特的光谱，可通过紫外或可见光谱范围内的吸收光谱进行测量。
该实验最初使用的是 Spark 光谱传感器，现已退役。Ocean SR2和Ocean HDX光谱仪在性能、灵活性和稳定性方面具有显著优势，是这些实验的良好选择。
实验装置
为了测量血红蛋白（Sigma H-7379）、肌红蛋白（Sigma M-0630）和细胞色素 c（Sigma C-3131）的可见光吸光度光谱，将每种物质的溶液配制成浓度约为 1 mg/mL 的水溶液。根据需要对样品进行稀释，以提供低于 1 AU 的光谱数据，然后将其移入一次性比色皿中。测量吸光度时，积分时间设定为 3.5 毫秒，平均扫描 50 次，箱车平滑宽度为 10。
成果
所测金属蛋白的吸光度光谱显示，由于存在血红素基团，每种蛋白质的光谱特征都很相似（图 1）。
图 1：金属蛋白因含有血红素基团而具有相似的吸光特征。
根据这些光谱的形状（随血红素基团的状态而变化），我们可以得出结论：每种蛋白质的血红素基团中的铁原子都已被氧化。因此，这些光谱与高铁血红蛋白（图 2）、高铁血红蛋白（图 3）和氧化细胞色素 c（图 4）的光谱一致。
图 2：金属蛋白血红素基团中的铁原子氧化产生的光谱与高铁血红蛋白一致。
图 3：金属蛋白血红素基团中的铁原子被氧化后产生的光谱与高铁血红蛋白一致。
图 4：氧化后细胞色素 c 的吸光度光谱。
如果铁原子处于不同的氧化态或与另一种气体结合，这些蛋白质测得的光谱就会大不相同。
结论
吸收光谱，尤其是紫外-可见光谱范围内的吸收光谱，是表征蛋白质和其他生命科学样品的强大工具。在金属蛋白质中，紫外可见吸收光谱提供了有关血红素修复基团的详细信息。由于血红素基团对蛋白质执行其关键的生物功能至关重要，因此这项技术在教育、研究、临床实验室和医疗保健环境中非常有用。