Quantitative Estimation of α-Helix Coil Content in Bovine Serum Albumin by Fourier Transform-Infrared Spectroscopy

1987 ◽  
Vol 41 (5) ◽  
pp. 861-865 ◽  
Author(s):  
Kenji Kato ◽  
Tomoko Matsui ◽  
Sigeyuki Tanaka
Keyword(s):  
Fourier Transform ◽  
Intensity Ratio ◽  
Quantitative Estimation ◽  
Fourier Transform Infrared ◽  
Heat Denaturation ◽  
Random Structure ◽  
Infrared Absorption Spectra ◽  
Α Helix ◽  
Β Sheet ◽  
Polyethylene Surface

Heat denaturation of albumin aqueous solution enables us to control the α-helix content to a reasonable level, and denatured albumin, whose conformation is different, can be obtained. Fourier transform-infrared absorption spectra in the amide I, II, and III band regions of these albumins have been measured and compared with each other. As a result, the characteristic frequencies associated with each conformation of α-helix, β-sheet, and random structure have been observed; moreover it has been newly proved that the intensity ratio of the amide II band to the amide I band depends on the α-helix content in albumin. In this paper, we demonstrate that this intensity ratio is very useful for quantitative estimation of α-helix content in albumin and apply this method to analysis of ATR spectra of albumin adsorbed on polyethylene surface.

Fourier-Transform Infrared Spectroscopic Investigation of the Secondary Structure of P2 Protein in Deuterium Oxide Solution

1991 ◽  
Vol 44 (11) ◽  
pp. 1523 ◽  
Author(s):  
BH Stuart ◽  
EF Mcfarlane
Keyword(s):  
Fourier Transform ◽  
Secondary Structure ◽  
Deuterium Oxide ◽  
Resolution Enhancement ◽  
Low Frequency ◽  
Fourier Transform Infrared ◽  
Crystallographic Study ◽  
Fitting Procedures ◽  
P2 Protein ◽  
Α Helix

Fourier transform infrared ( F.t.i.r .) spectroscopy has been used to investigate the secondary structure of bovine P2 protein in deuterium oxide (D2O) solution. The amide 1 region of the spectrum was analysed quantitatively by means of resolution enhancement and band-fitting procedures. The protein was found to consist mainly of β-structure (61%), with a small amount of α-helix (11%). A reason for the existence of an unusually intense low-frequency band assigned to β-structure is discussed. The F.t.i.r . results are compared with those from an X-ray crystallographic study and from circular dichroism and explanations are offered for discrepancies between the results from the different methods.

Investigation of adenylate kinase from Escherichia coli and its interaction with nucleotides by Fourier transform infrared spectroscopy

1989 ◽  
Vol 67 (7) ◽  
pp. 327-331 ◽  
Author(s):  
J. L. R. Arrondo ◽  
A. M. Gilles ◽  
O. Bârzu ◽  
S. Fermandjian ◽  
P. W. Yang ◽  
...  
Keyword(s):  
Fourier Transform ◽  
Infrared Spectroscopy ◽  
Fourier Transform Infrared Spectroscopy ◽  
Adenylate Kinase ◽  
Donor Site ◽  
Sodium Dodecyl ◽  
Fourier Transform Infrared ◽  
Acceptor Site ◽  
Α Helix ◽  
And Shifts

The secondary structure of adenylate kinase (EC 2.7.4.3) from E. coli was investigated under various conditions using Fourier transform infrared spectroscopy. The overall band contour of the conformation-sensitive amide I mode indicates that in HEPES buffer (pH 7.4) the major structure of the protein is α-helical. A more detailed estimate obtained from decomposition of the amide I band into its constituent component bands gives 50% α-helix, 26% β-structure, 15% turns and loops, and about 9% nonrepetitive unordered structures. Binding of nucleotide (e.g., ATP) to the donor site decreases the β-content and shifts the amide I band to higher wavenumbers, whereas binding of nucleotide (e.g., AMP) to the acceptor site does not produce any change in conformation of the protein. These results agree with the protection by ATP and lack of protection by AMP when adenylate kinase is digested with trypsin. The effect of protein denaturing agents and conditions (temperature, high pH, sodium dodecyl sulfate) on changes in the protein conformation as revealed by the conformation-sensitive amide I bands is discussed.Key words: adenylate kinase, infrared, conformation, denaturation.

scholarly journals Structural Changes of β-Casein Induced by Temperature and pH Analysed by Nuclear Magnetic Resonance, Fourier-Transform Infrared Spectroscopy, and Chemometrics

Molecules ◽  
2021 ◽  
Vol 26 (24) ◽  
pp. 7650
Author(s):  
Tatijana Markoska ◽  
Davor Daniloski ◽  
Todor Vasiljevic ◽  
Thom Huppertz
Keyword(s):  
Nuclear Magnetic Resonance ◽  
Fourier Transform ◽  
Magnetic Resonance ◽  
Secondary Structure ◽  
Structural Changes ◽  
Hydrophobic Interactions ◽  
Fourier Transform Infrared ◽  
Helical Structures ◽  
Random Coils ◽  
Α Helix

This study investigated structural changes in β-casein as a function of temperature (4 and 20 °C) and pH (5.9 and 7.0). For this purpose, nuclear magnetic resonance (NMR) and Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy were used, in conjunction with chemometric analysis. Both temperature and pH had strongly affected the secondary structure of β-casein, with most affected regions involving random coils and α-helical structures. The α-helical structures showed great pH sensitivity by decreasing at 20 °C and diminishing completely at 4 °C when pH was increased from 5.9 to 7.0. The decrease in α-helix was likely related to the greater presence of random coils at pH 7.0, which was not observed at pH 5.9 at either temperature. The changes in secondary structure components were linked to decreased hydrophobic interactions at lower temperature and increasing pH. The most prominent change of the α-helix took place when the pH was adjusted to 7.0 and the temperature set at 4 °C, which confirms the disruption of the hydrogen bonds and weakening of hydrophobic interactions in the system. The findings can assist in establishing the structural behaviour of the β-casein under conditions that apply as important for solubility and production of β-casein.

scholarly journals Thermal, chemical and chemothermal denaturation of yeast enolase

2003 ◽  
Vol 17 (2-3) ◽  
pp. 453-467 ◽  
Author(s):  
Ping Huang ◽  
Aichun Dong
Keyword(s):  
Fourier Transform ◽  
Thermal Denaturation ◽  
Conformational Transition ◽  
Denaturant Concentration ◽  
Unfolded State ◽  
Random Structures ◽  
Α Helix ◽  
Heterogeneous Ensemble ◽  
Β Sheet ◽  
Yeast Enolase

We studied the temperature‒ and denaturant‒induced denaturation of yeast enolase by means of Fourier transform infrared spectroscopy. The temperature‒induced denaturation/aggregation of the enzyme in the absence of denaturant was highly cooperative and occurred between 55 and 65°C with a midpoint of ~58°C. Above 55°C, the intensity at 1656 cm−1(predominantly α‒helix) decreases as a function of temperature, accompanied by the appearance of two new bands at 1622 and 1696 cm−1, indicating the formation of intermolecular β‒sheet aggregates. Five clearly defined isosbestic points were observed, indicating a two‒state conformational transition. Addition of a non‒denaturing concentration of gdnHCl (0.4 M) caused the thermal denaturation/aggregation of the enzyme to proceed faster, but this revealed no unfolding intermediate. The gdnHCl‒induced unfolding was first detected at a gdnHCl concentration of above 0.4 M, evidenced by loss of α‒helix and β‒sheet structures as functions of denaturant concentration. The fully unfolded state was reached at a gdnHCl concentration of 1.6 M. A significant amount of intermolecular β‒sheet aggregate was detected at gdnHCl concentrations between 0.6 and 1.0 M, which disappeared as the denaturant concentration increased further. The gdnHCl‒unfolded state is a heterogeneous ensemble of turns, helix/loops, and random structures, which continues to change at higher concentrations of denaturant.

Secondary Structure Estimation of Proteins Using the Amide III Region of Fourier Transform Infrared Spectroscopy: Application to Analyze Calcium-Binding-Induced Structural Changes in Calsequestrin

1994 ◽  
Vol 48 (11) ◽  
pp. 1432-1441 ◽  
Author(s):  
Fen-Ni Fu ◽  
Daniel B. Deoliveira ◽  
William R. Trumble ◽  
Hemanta K. Sarkar ◽  
Bal Ram Singh
Keyword(s):  
Fourier Transform ◽  
Secondary Structure ◽  
Calcium Binding ◽  
Structural Changes ◽  
Spectroscopic Method ◽  
Spectral Feature ◽  
Protein Secondary Structure ◽  
Fourier Transform Infrared ◽  
Helical Structure ◽  
Α Helix

A Fourier transform infrared spectroscopic method has been developed to analyze protein secondary structure by employing the amide III spectral region (1350–1200 cm−1)· Benefits of using the amide III region have been shown to be substantial. The interference from the water vibration (∼1640 cm−1) in the amide I region can be avoided when one is using the amide III band; furthermore, the amide III region also presents a more characterized spectral feature which provides easily resolved and better defined bands for quantitative analysis. Estimates of secondary structure are accomplished with the use of Fourier self-deconvolution, second derivatization, and curve-fitting on original protein spectra. The secondary structure frequency windows (α-helix, 1328–1289 cm−1; unordered, 1288–1256 cm−1; and β-sheets, 1255–1224 cm−1) have been obtained, and estimates of secondary structural contents are consistent with X-ray crystallography data for model proteins and parallel results obtained with the use of the amide I region. We have further applied the analysis to the structural change of calsequestrin upon Ca2+ binding. Treatment of calsequestrin with 1 mM Ca2+ results in the formation of crystalline aggregates accompanied by a 10% increase in α-helical structure, which is consistent with previous results obtained by Raman spectroscopy. Thus the amide III region of protein IR spectra appears to be a valuable tool in estimating individual protein secondary structural contents.

scholarly journals FT-IR μελέτη καρκίνων του μαστού και χημειο-ακτινοθεραπευτικό αποτέλεσμα

2018 ◽  
Author(s):  
Αθηνά Μαρκουίζου
Keyword(s):  
Fourier Transform ◽  
Infrared Spectroscopy ◽  
Fourier Transform Infrared Spectroscopy ◽  
Fourier Transform Infrared ◽  
Tumor Grade ◽  
Ft Ir ◽  
Β Sheet

Ο καρκίνος του μαστού προσβάλλει μεγάλο αριθμό του γυναικείου πληθυσμού ιδιαίτερα μετά την εμμηνόπαυση. Η έγκαιρη και έγκυρη διάγνωση οδηγούν στην ίαση από την ασθένεια και αυξάνουν την ποιότητα και το προσδόκιμο ζωής των ασθενών. Οι μέχρι σήμερα διαγνωστικές μέθοδοι εντοπίζουν την θέση και το μέγεθος της βλάβης, αλλά δεν απαντούν στο ερώτημα για τις μοριακές βλάβες που προκαλεί η ασθένεια στα σημαντικά βιολογικά μόρια, όπως πρωτεΐνες, DNA, μεμβράνες. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε η υπέρυθρη φασματοσκοπία με μετασχηματισμό Fourier (Fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR) για την μελέτη των μοριακών μεταβολών που προκαλεί ο καρκίνος του μαστού στα συστατικά των κυττάρων,όπως κολλαγόνο, πρωτεΐνες, μεμβράνες, DNA. Για την μελέτη χρησιμοποιήθηκαν 7 βιοψίες λοβιακού και 5 πορογενούς καρκίνου του μαστού, καθώς και 14 μαστογραφίες ασθενών, πριν και μετά την θεραπεία.Τα FT-IR φάσματα έδειξαν ότι, γενικά οι βλάβες αποτελούν συνάρτηση του ιστολογικού τύπου του καρκίνου (λοβιακό, πορογενές, σάρκωμα), αλλά και τoν βαθμό κακοήθειας των καρκινικών κυττάρων (tumor grade). Παρατηρήθηκε ότι με την αύξηση του grade οι δονήσεις τάσης των νΝΗ ομάδων των πρωτεϊνών και του DNA, μειώνονται σημαντικά στα 3290 cm-1. Η μείωση των εντάσεων δείχνει ότι οι πρωτεΐνες διασπώνται και παράγονται νέα προϊόντα με περισσότερες τερματικές ΝΗ ομάδες, όπως προκύπτει από τον ώμο που σχηματίζεται στα 3450 cm-1.Η εμφάνιση της νέας ταινίας στα 3080 cm-1, η οποία αποδίδεται στην δόνηση τάσης της ομάδας ν=CH με ολεφινικό χαρακτήρα, βεβαιώνει ότι κατά την ανάπτυξη του καρκίνου ένα από τα στάδια της ασθένειας είναι το οξειδωτικό στρες και ότι οι παραγόμενες ελεύθερες ρίζες υδροξυλίου αντιδρούν με τα λιπίδια και φωσφολιπίδια των μεμβρανών των κυττάρων, παρέχοντας προϊόντα με ολεφινικό χαρακτήρα. Η αύξηση των εντάσεων των ταινιών απορρόφησης των αντισυμμετρικών και συμμετρικών δονήσεων τάσεων των μεθυλ ομάδων, νCH2, οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ο καρκίνος αυξάνει τόσο το λιπόφιλο περιβάλλον όσο και την ίνωση. Είναι σημαντικό να τονισθεί ότι το λιπόφιλο περιβάλλον παρεμποδίζει την διάχυση του οξυγόνου προς τα καρκινικά κύτταρα, αφού μειώνεται το υδρόφιλο περιβάλλον, και έτσι έχει ως αποτέλεσμα την μείωση της ακτινοευαισθησίας των κυττάρων στην ακτινοβόληση. Επιπλέον,ημείωσητουυδρόφιλουπεριβάλλοντοςπαρεμποδίζειτην αποτελεσματικότητα της ακτινοθεραπείας μέσω της έμμεσης δράσης των ιοντιζουσών ακτινοβολιών, αφού δεν παράγονται ελεύθερες ρίζες υδροξυλίου και ηλεκτρόνια από την ραδιόλυση του νερού.Η εμφάνιση της νέας ταινίας στα 1743 cm-1, η οποία αποδίδεται στον σχηματισμό μαλοναλδεΰδης, επιβεβαιώνει ότι κατά την ανάπτυξη του καρκίνου επικρατεί οξειδωτικό στρες. Η μαλοναλδεΰδη είναι γνωστός καρκινικός δείκτης της πορείας και εξέλιξης του καρκίνου.Επίσης ο σχηματισμός αλδεϋδών σε συνδυασμό με την αύξηση του λιπόφιλου περιβάλλοντος ερμηνεύει ικανοποιητικά την απουσία οξυγόνου στην θέση του καρκινικού όγκου, καθώς και την αντίσταση των καρκινικών κυττάρων στην ακτινοθεραπεία.Η μείωση και μετατόπιση των εντάσεων των δονήσεων κάμψης των ομάδων των amideΙ και amideΙΙ από 1650cm-1 και 1550 cm-1 προς μικρότερες συχνότητες 1645 cm-1 και 1540 cm-1, αντίστοιχα, σε καρκίνους με grade I δείχνει ότι οι πρωτεΐνες χάνουν την διαμόρφωση της α-έλικας και αποκτούν σε έδαφος καρκίνου grade I, δομή με έλικα τυχαίας περιέλιξης. Η τυχαία δομή καθιστά περισσότερο ευάλωτες τις πρωτεΐνες, αφού αυξάνει την δραστική επιφάνεια των πρωτεϊνών στην δράση των ελευθέρων ριζών.Οι νέες ταινίες απορρόφησης που εμφανίζονται στις συχνότητες 1690 cm-1 και 1516 cm-1, και οι οποίες αποδίδονται σε β-αντιπαράλληλα επίπεδα (β-sheet↑↓) και β- παράλληλα επίπεδα (β-sheet↑↑), αντίστοιχα, επιβεβαιώνουν τον σχηματισμό αμυλοειδών πρωτεϊνών και την επικράτηση του λιπόφιλου περιβάλλοντος. Στις αμυλοειδείς πρωτεΐνες, οι τερματικές υδρόφιλες ομάδες ΝΗ και C=O, επειδή το περιβάλλον έχει μετατραπεί σε λιπόφιλο, στρέφονται προς το εσωτερικό της αλυσίδας. Στην αναστροφή αυτή αποδίδουμε την αντίσταση των καρκίνων κυττάρων στην χημειοθεραπεία και ακτινοθεραπεία. Από την ταινία στα 825 cm-1, η οποία αποδίδεται στην φυσιολογική δεξιόστροφη έλικα του B-DNA φάνηκε ότι μετά το grade Ι, όπου επικρατεί ακόμη η φυσιολογική δεξιόστροφη διαμόρφωση του B-DNA, περνώντας σε grade ΙΙ καρκίνους, συνυπάρχουν τόσο η διαμόρφωση του φυσιολογικού B-DNA όσο και η δομή του δεξιόστροφου Α- DNA. Σε grade ΙΙΙ νόσο διαπιστώθηκε ότι επικρατεί μόνο η διαμόρφωση Ζ-DNA, επιβεβαιώνοντας ότι οι φωσφοσακχαρούχες ομάδες του DNA απέκτησαν την zig-zag διαμόρφωση. Συγκρίνοντας τα υπέρυθρα φάσματα ιστών από ασθενείς που δέχθηκαν ακτινοβολία διαπιστώθηκε ότι υπάρχει αύξηση της λιποφιλικότητας των κυττάρων καθώς επίσης αυξάνει η ταινία στα 815 cm-1 που αποδίδεται στο Ζ-DNA. Το εύρημα αυτό οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η ακτινοβολία συμβάλλει στην τροποποίηση του φυσιολογικού Β- DNA και επομένως στην καρκινογένεση. Η χημειοθεραπεία φαίνεται να προκαλεί αντίστοιχες μεταβολές με αυτές της ακτινοθεραπείας.Επιπλέον, οι μαστογραφίες αναλύθηκαν με τη βοήθεια του υπολογιστικού προγράμματος ανάλυσης εικόνας ImageJ. Η αποτύπωση μέσω της ανάλυσης εικόνας, της παρουσίας αποτιτανώσεων στις μαστογραφίες των υπό μελέτη ασθενών, βρίσκεται σε απόλυτη συμφωνία με τις ιστοπαθολογικές αναλύσεις τους. Χαρακτηριστική ήταν επίσης και η αποτύπωση της επίδρασης της ακτινοβολίας στο δέρμα των ασθενών που ακτινοβολήθηκαν. Σύγκριση της ImageJ ανάλυσης των εικόνων του δέρματος της ίδιας ανατομικής περιοχής του μαστού πριν και μετά την ακτινοβόληση των ασθενών, βεβαίωσε την γήρανση του δέρματος αυτής της περιοχής, όπως προέκυψε από την σχάση των δεσμών του υαλουρονικού οξέος που συγκρατούν τις αλυσίδες του κολλαγόνου.

Prion Protein α-to-β Transition Monitored by Time-Resolved Fourier Transform Infrared Spectroscopy

2007 ◽  
Vol 61 (10) ◽  
pp. 1025-1031 ◽  
Author(s):  
Julian Ollesch ◽  
Eva Künnemann ◽  
Rudi Glockshuber ◽  
Klaus Gerwert
Keyword(s):  
Fourier Transform ◽  
Secondary Structure ◽  
Conformational Change ◽  
Prion Protein ◽  
Fourier Transform Infrared ◽  
Dimensional Structure ◽  
Transmissible Spongiform Encephalopathies ◽  
The Novel ◽  
Time Resolved ◽  
Β Sheet

The conformational change of the recombinant, murine prion protein (PrP) from an α-helical to a β-sheet enriched state was monitored by time-resolved Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy. The α-to-β transition is induced by reduction of the single disulfide bond in PrP. This transition is believed to generate the scrapie form PrPSc, the supposed infectious agent of transmissible spongiform encephalopathies. We followed the kinetics of this conformational change using a novel method for amide I band analysis of the infrared (IR) spectra. The amide I analysis provides the secondary structure. The amide I decomposition was calibrated with the three dimensional structure of cellular PrP solved by nuclear magnetic resonance (NMR). The novel secondary structure analysis provides a root mean squared deviation (RMSD) of only 3% as compared to the NMR structure. Reduction of α-helical PrP caused the transient accumulation of a partially unfolded intermediate, followed by formation of a state with higher β-sheet than α-helical structure contents. The novel approach allows us to now determine the secondary structure of the β-sheet conformation. This was not determined by either NMR or X-ray. The experiments were performed in a double-sealed security cuvette developed for IR analysis of potentially infectious PrP samples outside the biosafety laboratory.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document