由不对称分子组成的物质是光学各向异性的,即L与R两束圆偏振光在这类物质中的传播速度不相等。 假如光学各向异性物质在某一波长 λ有吸收,那将在该时对L光和R光有不同的吸收,如该物质的吸光率是A,而对L光和R光的吸光率是AL和AR,AL和AR的差ΔA=AL-AR,称为圆二色性。
从(图2)可看出,因光吸收不同而产生的椭圆的形状与ΔA有直接的关系。θ称为椭圆值,也是一种定量描述圆二色性的单位。在条件相同的情况下,θ=3300ΔA。
在蛋白质分子中,肽链的不同部分可分别形成α-螺旋、β-折叠、β-转角等特定的立体结构。这些立体结构都是不对称的。蛋白质的肽键在紫外185~240纳米处有光吸收,因此它在这一波长范围内有圆二色性。几种不同的蛋白质立体结构所表现的椭圆值波长的变化曲线──圆二色谱是不同的。如(图3)所示,α-螺旋的谱是双负峰形的,β-折叠是单负峰形的,无规卷曲在波长很短的地方出单峰。蛋白质的圆二色谱是它们所含各种立体结构组分的圆二色谱的代数加和曲线。因此用这一波长范围的圆二色谱可研究蛋白质中各种立体结构的含量。
蛋白质含酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸,它们在240~350纳米处有光吸收,当它们处于分子不对称环境中时也表现出圆二色性。这一范围的圆二色性反映出在蛋白质分子中上述氨基酸残基环境的性质。
核酸中所含糖有不对称的结构,它们所含的双螺旋结构也是不对称的。它们在185~300纳米范围内也有特征的圆二色谱(图4)。这些谱与核酸的立体结构的关系虽不甚显著,但也可以用它研究某些立体结构。同时圆二色谱与核酸的碱基配对数有关系,因此也可用圆二色谱研究核酸的化学组成。