Die Zirkulardichroismus (CD)-Spektroskopie ist eine Technik, die den Unterschied in der Absorption von linkshändigem und rechtshändigem zirkular polarisiertem Licht durch optisch aktive Moleküle misst. Sie wird häufig zur schnellen Bestimmung der Proteine-Sekundärstruktur, zur Überwachung von Konformationsänderungen und zur Charakterisierung von Ligandenbindung eingesetzt.
Das CD-Signal entsteht aus der Wechselwirkung von zirkular polarisiertem Licht mit asymmetrischen Chromophoren. In Proteinen absorbiert die Peptidbindung im fernen UV-Bereich (180–250 nm), wo das CD-Spektrum die Rückgratkonformation widerspiegelt. α-Helices erzeugen ein charakteristisches Spektrum mit einer positiven Bande bei 190 nm und negativen Banden bei 208 und 222 nm. β-Faltblätter zeigen eine positive Bande bei 195 nm und eine negative Bande bei 218 nm. Zufallsknäuel-Strukturen haben eine negative Bande nahe 200 nm und eine schwache positive Bande bei längeren Wellenlängen.
Aromatische Seitenketten tragen CD-Signale im nahen UV-Bereich (250–350 nm) bei, die über die Tertiärstrukturumgebung von Tryptophan-, Tyrosin- und Phenylalaninresten berichten. Disulfidbrücken tragen ebenfalls in diesem Bereich bei. Änderungen im nahen UV-CD weisen auf Veränderungen in der Packung des Proteinkerns hin.
Die quantitative Analyse entfaltet das CD-Spektrum in fraktionelle Sekundärstrukturanteile unter Verwendung von Referenzdatenbanken und Algorithmen wie CONTINLL, CDSSTR und SELCON3. Die Anpassungsqualität hängt vom Wellenlängenbereich und dem verwendeten Referenzsatz ab. Die Ergebnisse sind am zuverlässigsten, wenn Spektren bis mindestens 190 nm gesammelt werden.
CD wird auch zur Überwachung der thermischen und chemischen Denaturierung verwendet, indem das CD-Signal bei einer bestimmten Wellenlänge als Funktion der Temperatur oder Denaturierungskonzentration verfolgt wird. Die Schmelztemperatur wird aus dem Mittelpunkt des Entfaltungsübergangs bestimmt.
Praktische Überlegungen umfassen eine genaue Basislinien-Subtraktion, eine geeignete Pufferauswahl (Vermeidung von hochabsorbierenden Komponenten wie Imidazol und DTT) und Optimierung der Probenkonzentration. Typische Proteinkonzentrationen für fern-UV-CD liegen bei 0,1–1 mg/mL in einer 0,1 mm Küvette.
Neben Proteinen charakterisiert CD auch Nukleinsäure-Konformationen (A-Form, B-Form, Z-Form), Polysaccharidstrukturen und die absolute Konfiguration chiraler kleiner Moleküle. Synchrotronstrahlungs-CD erweitert den Wellenlängenbereich ins Vakuum-UV für eine verbesserte strukturelle Auflösung.
