微型吸光度系统——Spark光谱传感器表征亚铁血红素蛋白

亚铁血红素蛋白在哺乳动物生理机能上发挥着多重作用，包括存储、运输氧气，线粒体中的电子传输，而线粒体是高能量分子ATP（腺苷三磷酸）合成的地方。伴随着亚铁血红素组织的不一样，亚铁血红素蛋白的UV -Vis吸收光谱也会发生改变。这篇应用文摘里，我们就着重讲解使用Spark光谱传感器套件对亚铁血红素蛋白中的血红素，肌血球素和细胞色素C进行吸光度检测。

背景

亚铁血红素蛋白是一种金属蛋白，主体为铁原子周围携带卟啉辅基官能团。亚铁血红素光能团与蛋白质相连，而且完全需要依靠蛋白质来发挥其生物功能性。血红素和肌血球素血红蛋白非常相似，都是哺乳动物用来存储和运输氧气的主要机体。细胞色素C金属蛋白是线粒体中电子传输的重要物质，而线粒体是合成ATP的重要媒介。

亚铁血红素键合金属蛋白能产生吸收带，并伴随着官能团的状态变化而发生改变，我们就能利用亚铁血红素红蛋白在UV-Vis波段吸收光谱的改变对其进行特征研究。

为了证实这一点，海洋光学使用Spark-VIS光谱传感器和直连的样品采样附件，对亚铁血红素蛋白中的血红素，肌血球素和细胞色素C的吸光度光谱进行检测。Spark-VIS作为海洋光学首 款光谱传感器，它使用固态光学部件取代传统的光栅分光部件，价格优势明显，性能又优于二极管检测器，而且光谱范围可覆盖整个可见光波段（380-700nm）的检测，因此对于教学、实验室和工业简单 搭建吸光度、荧光和颜色测量非常适用。

实验搭建

血红素（Sigma H-7379），肌血球素（Sigma M-0630）和细胞色素C(Sigma C-3131)配制成1mg/mL的水溶液，在根据测试需求稀释到低于1AU的低浓度样品，移液到比色皿中待测。搭建的装置使用Spark-Vis，自带白光LED的比色皿支架，积分时间设置为3.5ms，平均次数设置50，平滑度设置10。

测试结果

金属蛋白的吸光度光谱如下图图1。

图1. 使用Spark-VIS，比色皿支架和白色LED测定的亚铁血红素蛋白光谱

不同的蛋白（携带不同的亚铁血红素基团）表现出来的吸光度光谱很类似，但也存在一些差异。基于吸收光谱形状——亚铁血红素基团的状态差异——铁原子在亚铁血红素基团内发生氧化并伴随着高铁血红蛋白和正铁肌红蛋白生成，细胞色素C（图3）的氧化（图2）。

图2. 金属蛋白中亚铁血红素铁原子的氧化，伴随着高铁血红蛋白（上），正铁肌红蛋白（下）的生成

图3. 细胞色素C氧化后的吸收光谱

结论

通过简单的吸光度测量，我们可以判定蛋白质和其他生物样品的差异。在这个应用案例中，通过测量吸光度光谱，我们能判断亚铁血红素蛋白基团在生物功能上发生变化的一些具体信息。而Spark光谱传感器在体积、价格上的优势，使得生命科学研究和教学应用更简易。