膽固醇分子結構中紅外光譜研究

李明航，吳雨靚，常美玲，周子軒，劉 榮，張美環，于佳琳，徐元媛

（1.哈爾濱醫科大學，黑龍江 哈爾濱 150081；2.石家莊學院 化工學院，河北 石家莊 050035）

0 引 言

膽固醇（別名膽甾醇，CAS 57-88-5） 是人類及其它哺乳動物細胞膜的重要脂質成分。第三軍醫大學毛應華等人系統研究報道了細胞膽固醇的代謝平衡調控及其對細胞膜結構和功能的影響。清華大學顏寧課題組與中國疾控中心及中科院微生物組高福課題組合作首次解析出NPC1 蛋白的清晰結構，并分析了NPC1 和NPC2 兩個蛋白協作介導細胞內膽固醇轉運的分子機制，為理解NPC1 介導埃博拉病毒入侵的分子機制提供了分子基礎。石河子大學陳軍等則研究發現了膽固醇可延遲精子獲能而增強精子存活的作用，膽固醇已成為哺乳動物精子冷凍保存的研究熱點，其中膽固醇與環糊精包合物（CLC） 備受關注。膽固醇并不是臨床醫學傳統意義上對人體有害的物質，其具有重要的生理活性。膽固醇在細胞生物學中的廣泛應用與其特殊復雜的環戊烷多氫菲的衍生物結構有關。中紅外（MIR）光譜具有方便、快捷的優點因而廣泛應用于有機化合物分子的結構研究領域，但膽固醇分子相關結構研究（例如：核磁，質譜及中紅外光譜） 少見報道。因此，本文采用MIR 光譜，系統開展了膽固醇分子結構的研究，為膽固醇在臨床醫學及醫藥工程領域的應用提供了有價值的科學參考。

1 分子結構式

膽固醇分子結構式如圖1 所示。

圖1 膽固醇分子結構式Fig.1 Molecular structure formula of cholesterol

2 材料與方法

2.1 材料與試劑

膽固醇（分析純，天津市博迪化工有限公司）。

2.2 儀器與設備

Spectrum 100 型中紅外光譜儀（美國PE 公司）；Golden Gate 型ATR-MIR 變溫附件（英國Specac 公司）。

2.3 方 法

2.3.1 紅外光譜儀操作條件

以空氣為背景，每次實驗對于信號進行8 次掃描累加，測定范圍4 000 ～600 cm-1。

2.3.2 數據獲得及處理

膽固醇分子的MIR 光譜數據獲得采用美國PE公司Spectrum v 6.3.5 操作軟件。

3 結果與分析

3.1 膽固醇分子結構一維MIR 光譜研究

首先采用一維MIR 光譜開展了膽固醇分子結構的研究。膽固醇分子的一維MIR 光譜如圖2 所示。

圖2 膽固醇分子的一維MIR 光譜（303 K）Fig.2 One-dimensional MIR spectrum of cholesterol molecular(303 K)

由圖2 可得，3 449.33 和3 427.86 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子OH 伸縮振動模式（νO-H-膽固醇-一維）；2 931.46 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子CH2不對稱伸縮振動模式（νasCH2-膽固醇-一維）；2 866.64 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子CH3對稱伸縮振動模式（νsCH3-膽固醇-一維）；2 848.39 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子CH2對稱伸縮振動模式（νsCH2-膽固醇-一維）；1 671.57 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子C=C 伸縮振動模式（νC=C-膽固醇-一維）；1 464.71 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子CH2彎曲振動模式（δCH2-膽固醇-一維）；1 376.73 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子CH3 對稱彎曲完全振動模式（δsCH3-膽固醇-一維）；1 053.93 和1 023.59 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子C-O 伸縮振動模式（νC-O-膽固醇-一維）；723.58 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子CH2面內搖擺振動（ρCH2-膽固醇-一維）。

膽固醇分子一維MIR 光譜數據見表1。

3.2 膽固醇分子結構二階導數MIR 光譜研究

采用二階導數MIR 光譜開展了膽固醇分子結構的研究。

膽固醇分子二階導數MIR 光譜如圖3 所示。

圖3 膽固醇分子二階導數MIR 光譜（303 K）Fig.3 Second-order derivative MIR spectrum of cholesterol molecular(303 K)

由圖3 可得，2 962.94 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子νasCH3-膽固醇-二階導數；2 930.04 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子νasCH2-膽固醇-二階導數；2 866.50 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子νsCH3-膽固醇-二階導數；2 845.86 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子νsCH2-膽固醇-二階導數；1 671.96 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子νC=C-膽固醇-二階導數；1 467.97 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子δCH2-膽固醇-二階導數；1 377.11 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子δsCH3-膽固醇-二階導數；1 053.98 和1 023.59 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子νC-O-膽固醇-二階導數；733.03和721.54 處的吸收峰歸屬于膽固醇分子ρCH2-膽固醇-二階導數。

膽固醇分子二階導數MIR 光譜數據見表2。

表2 膽固醇分子二階導數MIR 光譜數據（303 K）Table 2 Data of second-order derivative MIR spectrum of cholesterol molecular(303 K)

3.3 膽固醇分子結構四階導數MIR 光譜研究

采用四階導數MIR 光譜開展了膽固醇分子結構的研究。

膽固醇分子四階導數MIR 光譜如圖4 所示。

圖4 膽固醇分子四階導數MIR 光譜（303 K）Fig.4 Fourth-order derivative MIR spectrum of cholesterol molecular(303 K)

由圖4 可得，2 965.95 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子νasCH3-膽固醇-四階導數；2 930.39 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子νasCH2-膽固醇-四階導數；2 866.33 cm-1處的吸 收 峰 歸 屬 于 膽 固 醇 分 子νsCH3-膽固醇-四階導數；1 470.54 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子δCH2-膽固醇-四階導數；1 458.95 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子δasCH3-膽固醇-四階導數；1 377.11 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子δsCH3-膽固醇-四階導數；1 055.91 和1 024.93 cm-1處的吸收 峰 歸 屬 于 膽 固 醇 分 子νC-O-膽固醇-四階導數；731.80 和723.61 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子ρCH2-膽固醇-四階導數。

膽固醇分子四階導數光譜數據見表3。

表3 膽固醇分子四階導數MIR 光譜數據（303 K）Table 3 Data of fourth-order derivative MIR spectrum of cholesterol molecular(303 K)

3.4 膽固醇分子去卷積MIR 光譜研究

采用去卷積MIR 光譜開展了膽固醇分子結構的研究。

膽固醇分子去卷積MIR 光譜如圖5 所示。

圖5 膽固醇分子去卷積MIR 光譜（303 K）Fig.5 Deconvolution MIR spectrum of cholesterol molecular(303 K)

由圖5 可得，3 449.88、3 440.93、3 436.18、3 428.13、3 421.63、3 416.05、3 408.02、3 398.80、3 392.27 、3 388.26 和3 382.84 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子νO-H-膽固醇-去卷積；2 954.16 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子νasCH3-膽固醇-去卷積；2 931.80 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子νasCH2-膽固醇-去卷積；2 877.02 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子νsCH3-膽固醇-去卷積；2 847.92 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子νsCH2-膽固醇-去卷積；1 670.83 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子νC=C-膽固醇-去卷積；1 465.01 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子δCH2-膽固醇-去卷積；1 461.07 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子δasCH3-膽固醇-去卷積；1 375.10 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子δsCH3-膽固醇-去卷積；1 056.90 和1 022.99 cm-1處 的 吸 收 峰 歸 屬 于 膽 固 醇 分 子νC-O-膽固醇-去卷積；731.39、723.91 和718.00 cm-1處的吸收峰歸屬于膽固醇分子ρCH2-膽固醇-去卷積。膽固醇分子去卷積MIR 光譜數據見表4。

表4 膽固醇分子去卷積MIR 光譜數據（303 K）Table 4 Data of deconvolution MIR spectrum of cholesterol molecular(303 K)

4 結 語

膽固醇分子的紅外吸收模式主要包括：ν O-H-膽固醇、νasCH3-膽固醇、νasCH2-膽固醇、νsCH3-膽固醇、νsCH2-膽固醇、ν C=C-膽固醇、δCH2-膽固醇、δasCH3-膽固醇、δsCH3-膽固醇、νC-O-膽固醇和ρCH2-膽固醇。膽固醇分子的去卷積MIR 光譜的譜圖分辨能力要優于相應的一維MIR 光譜、二階導數MIR 光譜和四階導數MIR 光譜。