蛋白质结构的研究技术
常见的蛋白质结构解析方法
常见的蛋白质结构解析方法蛋白质是生物体中最基本的功能分子之一，其结构与功能密切相关。
了解蛋白质的结构可以揭示其功能，并为药物设计、生物工程等领域提供重要参考。
下面将介绍一些常见的蛋白质结构解析方法。
一、X射线晶体学X射线晶体学是最常用的蛋白质结构解析方法之一。
该方法利用蛋白质晶体对X射线的衍射现象进行分析，从而得到蛋白质的高分辨率结构。
X射线晶体学需要先获得蛋白质的结晶样品，然后通过冷冻技术将样品冷冻到液氮温度下。
接下来，将样品置于X射线束中，通过测量X射线的衍射图样，利用数学方法进行模型构建和优化，最终确定蛋白质的三维结构。
二、核磁共振核磁共振（NMR）是一种利用原子核的磁性性质来解析蛋白质结构的方法。
在NMR实验中，蛋白质溶液会被置于强磁场中，并通过给予一系列的脉冲序列来激发原子核的共振信号。
通过测量这些信号的频率和强度，可以获得蛋白质的二维或三维结构信息。
与X射线晶体学相比，NMR可以在溶液中进行，因此可以研究蛋白质的构象动力学和相互作用等方面。
三、电子显微镜电子显微镜（EM）是一种利用电子束与蛋白质样品相互作用来解析其结构的方法。
与传统的光学显微镜不同，电子显微镜使用的是电子束，具有更高的分辨率。
在EM实验中，蛋白质样品被冷冻或固定在网格上，然后用电子束照射样品。
通过收集和处理电子显微镜图像，可以得到蛋白质的三维结构。
电子显微镜在解析大分子复合物和蛋白质超分子结构方面具有独特的优势。
四、质谱法质谱法是一种通过测量蛋白质的质量和电荷来解析其结构的方法。
质谱法可以分析蛋白质的分子量、氨基酸序列、修饰和折叠状态等信息。
常见的质谱法包括质谱仪、飞行时间质谱和串联质谱等。
质谱法可以快速、高效地分析蛋白质样品，特别适用于高通量蛋白质组学研究。
五、计算方法除了实验方法外，计算方法也在蛋白质结构解析中发挥着重要作用。
通过计算方法，可以预测蛋白质的二级结构、三级结构和折叠动力学等信息。
常用的计算方法包括分子力学模拟、蒙特卡洛模拟和分子动力学模拟等。
生物物理学中的蛋白质结构的研究方法
生物物理学中的蛋白质结构的研究方法蛋白质是生命活动中十分重要的一类分子，它们在细胞内承担着丰富的功能，可控制细胞的形状、大小和表征，并参与了细胞各种物质的传递、代谢等诸多过程。
然而，探究蛋白质的结构、特性及生理功能要非常复杂。
生物物理学作为一种交叉学科，在研究蛋白质的空间结构、动态特性等方面发挥了重要作用。
下面，我们将从几个方面详细介绍生物物理学中的蛋白质结构的研究方法。
1. X射线晶体学X射线晶体学是一种重要的蛋白质结构解析方法。
这种方法是将一定量的蛋白质溶液加入结晶剂中制备结晶，再将晶体置于用于产生强烈X射线束的设备中，通过收集晶体衍射图案并结合数学计算方法，分析出蛋白质结构的三维形态。
X射线晶体学是一个重要的、在生物物理学中广泛应用的技术，其应用范围包括结体蛋白、利用毒蛇毒素控制的离子通道，以及HIV的外壳结构等等。
2. 核磁共振核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）在生物物理学研究中也十分重要，它可以解析出蛋白质分子的高分辨率结构，可在溶液中确定蛋白质的构象、动态和相互作用等。
核磁共振的原理是利用核磁共振现象，用磁场作为刺激物进入样品，然后对从样品中反射出来的信号进行解析。
利用通过核磁共振技术可以探究出生物大分子内部的相互作用、构象动力学、剪切模量的变化情况等，对于研究酶和膜蛋白这样的蛋白质高级结构起着重要的作用。
3. 电镜近年来，随着电镜技术的发展，利用电镜研究生物大分子的研究也越来越广泛。
电子显微镜非常适合检验蛋白质与溶液材料的相互作用关系，它可以以更高的分辨率来真实反映生物大分子的形态。
加速电子显微镜（Cryo-Electron Microscopy，cryoEM）已经成为研究高分子生物体系结构的最热门技术之一。
利用cryo-EM获得的高分辨结构模型提供了新的途径，能够追踪生物大分子的活性、剪切模量和分子大小等，对于研究多肽和蛋白质结构有重要的意义。
蛋白质结构生物信息学研究的方法和技术
蛋白质结构生物信息学研究的方法和技术蛋白质是生物体内重要的分子机器，参与多种生物过程的调控和催化反应。
了解蛋白质的结构及其功能对于揭示生物学机制和疾病治疗具有重要意义。
随着计算机科学和生物学的快速发展，蛋白质结构生物信息学成为了研究蛋白质结构和功能的有效工具。
本文将介绍一些常用的蛋白质结构生物信息学研究的方法和技术。
一、蛋白质序列分析蛋白质序列是蛋白质结构和功能研究的基础。
蛋白质序列分析涉及到基本的序列比对、蛋白质家族的分类和预测。
常用的序列比对工具有BLAST和FASTA等，它们可以通过比对已知的蛋白质序列来预测未知序列的功能和结构。
除了序列比对外，蛋白质序列的功能和结构也可以通过机器学习和深度学习等方法进行预测和分类。
二、蛋白质结构预测蛋白质结构预测是蛋白质生物信息学研究的重要方向。
由于实验确定蛋白质结构的成本高昂和时间耗费较多，利用计算方法来预测蛋白质的结构具有重要意义。
蛋白质结构预测可以分为两类：基于序列的预测和基于结构的预测。
基于序列的预测主要通过模板比对、拟同源建模和蛋白质折叠动力学等方法进行。
而基于结构的预测则借助核磁共振、X射线晶体学和电子显微镜等实验手段，通过解析已有蛋白质的结构来预测目标蛋白质的结构。
三、蛋白质结构功能注释蛋白质结构功能注释是指通过蛋白质的结构信息来推断其功能。
结构功能注释包括激活位点的预测、配体结合位点的鉴定和蛋白质间相互作用的预测等。
这些注释信息可以帮助科研人员理解蛋白质结构与功能之间的关系，并为药物设计和疾病治疗提供依据。
注释工具和数据库，如PDB、UniProt和CATH等，为蛋白质结构功能研究提供了重要的资源。
四、蛋白质网络分析蛋白质网络分析是研究蛋白质间相互作用和信号传导的重要方法。
蛋白质网络可以通过大规模实验技术（例如质谱）或计算生物学方法（如基于数据库的预测）进行构建。
蛋白质网络分析可以揭示蛋白质间的相互作用关系、信号通路以及蛋白质在疾病发展中的作用。
蛋白质的结构和功能研究
蛋白质的结构和功能研究蛋白质是生命体中最为重要的分子之一，它们发挥着各种重要的生物学功能。
蛋白质的结构和功能研究对于我们深入理解细胞生命活动和疾病的发生机制至关重要。
通过对蛋白质的结构和功能进行深入研究，可以揭示其在细胞内的相互作用、信号传导、代谢调控等方面的机制，为药物研发、疾病诊断和治疗等领域提供科学依据。
一、蛋白质的结构研究方法1. X射线晶体学X射线晶体学是最常用的蛋白质结构研究方法之一。
通过将蛋白质晶体暴露于X射线下，根据晶体对X射线的衍射图样，可以确定蛋白质的三维结构。
这种方法的优势在于可以提供高分辨率的结构信息，但是对于蛋白质的结晶过程要求较高。
2. 核磁共振（NMR）核磁共振通过检测蛋白质中的原子核在强磁场中的共振信号来确定蛋白质的结构。
与X射线晶体学相比，NMR能够研究溶液中的蛋白质结构，不需要进行结晶，对于一些难以结晶的蛋白质具有优势。
但是由于技术限制，NMR的分辨率相对较低。
3. 电子显微镜（EM）电子显微镜通过对蛋白质进行冷冻处理和成像，可以得到蛋白质的二维或三维结构信息。
与X射线晶体学和NMR相比，电子显微镜不需要蛋白质结晶，能够直接观察到蛋白质的形态变化，对于大分子复合物的结构研究具有优势。
二、蛋白质的功能研究方法1. 蛋白质纯化蛋白质的纯化是功能研究的第一步。
通过将蛋白质从复杂的细胞组分中分离出来，可以得到相对纯净的蛋白质样品，为后续的功能研究提供基础。
2. 酶活性分析蛋白质的功能研究中，酶活性分析是常用的方法之一。
通过测定酶反应产生的底物消耗量、产物生成量或酶催化速率等指标，可以判断蛋白质的酶活性水平，从而揭示其在生物学过程中的功能。
3. 结合实验蛋白质在细胞内通常通过与其他分子发生结合来发挥功能。
通过实验手段，可以研究蛋白质与其他分子之间的相互作用，包括蛋白质与DNA、RNA、小分子物质等的结合作用，从而揭示蛋白质的功能机制。
4. 结构-功能研究通过对蛋白质的结构和功能进行综合研究，可以进一步揭示蛋白质的功能机制。
蛋白质结构及其功能的研究方法
蛋白质结构及其功能的研究方法随着生物学研究的不断深入，蛋白质作为生命的基本分子，已经成为热门的研究领域。
研究蛋白质结构及其功能不仅有助于理解生命现象，还有助于开发新的药物和治疗方法。
本文将介绍蛋白质结构及其功能的研究方法。
一、X射线晶体学X射线晶体学是目前最常用的研究蛋白质结构的方法。
其基本原理是通过制备蛋白质结晶，并将其暴露在X射线下进行扫描。
X射线与电子云相互作用，会产生衍射，通过解析衍射图谱，可以重建蛋白质的三维结构。
这种方法已经被广泛用于大部分蛋白质的结构解析。
但是，制备蛋白质结晶是一个及其困难和复杂的过程，这也是目前蛋白质晶体学研究的主要瓶颈。
二、核磁共振核磁共振是一种通过探测蛋白质分子核自旋的方法，从而了解蛋白质结构和动态行为的研究方法。
其基本原理是将蛋白质溶解在磁场中，并在其周围施加高频辐射。
蛋白质分子核自旋的能量差距因此被更改，通过对其进行分析，可以解析出蛋白质的核磁共振谱。
这种方法可用于研究蛋白质的构象和动态行为，但是其分辨率相对于X射线晶体学要低。
三、电子显微电子显微是一种用电子束照射蛋白质溶液，并通过电子透射图谱来重建蛋白质结构的方法。
这种方法可以直接观察生物大分子的分子结构，且分辨率较高。
但由于其要求的样品制备和成像条件较为苛刻，因此这种方法应用仍非常有限。
四、质谱质谱是一种通过测量分子的相对质量和相对丰度的方法，以了解蛋白质组分和复杂度的研究方法。
其基本原理是根据电荷-质量比测量分析样品中所存在的离子。
这种方法能够识别蛋白质的氨基酸序列、翻译后修饰，以及蛋白质与其他分子间的相互作用。
综上所述，随着生物学和生物技术的发展，蛋白质结构和功能的研究方法也不断更新与改进。
除了以上介绍的几种方法之外，还有许多其他的方法，例如超分辨率显微、单分子荧光显微等。
这些研究方法的发展和应用，不仅推动了生命科学领域的事业，同时也带动了现代医药和生物工程的发展。
蛋白质结构与功能注释的方法
蛋白质结构与功能注释的方法在生物学中，蛋白质是生命的重要组成部分，扮演着许多重要的功能角色。
为了深入了解蛋白质的结构和功能，科学家们开发了各种方法和技术。
本文将介绍几种常用的蛋白质结构与功能注释的方法。
一、生物物理实验方法1. X射线晶体学X射线晶体学是一种常用的确定蛋白质结构的方法。
通过将蛋白质晶体置于X射线束中，蛋白质晶体会产生X射线的衍射图样。
通过分析衍射数据，科学家可以确定蛋白质的原子坐标，揭示其精确的三维结构。
2. 核磁共振核磁共振（NMR）是一种通过测量蛋白质中原子核的共振频率来研究其结构和动态性质的方法。
通过NMR技术，科学家可以得到蛋白质的三维结构以及蛋白质在溶液中的构象信息。
二、生物信息学方法1. 蛋白质结构预测蛋白质结构预测是通过计算方法预测蛋白质的三维结构。
常用的方法包括基于相似性的同源建模、基于物理化学性质的拟合和基于机器学习的方法。
这些方法可以在缺乏实验数据的情况下，为科学家提供蛋白质结构的推测。
2. 蛋白质功能注释蛋白质功能注释是根据蛋白质结构和序列信息，预测蛋白质的功能和参与的代谢途径。
常用的方法包括序列比对、结构域预测、功能域注释和系统生物学分析。
通过这些方法，科学家可以对蛋白质的功能进行预测和解释。
三、基于结构分析的方法1. 空间结构比对空间结构比对是比较已知蛋白质结构与未知蛋白质结构之间的相似性和差异性。
通过比较蛋白质结构之间的共性和变异性，科学家可以推测蛋白质的功能和进化关系。
2. 功能位点预测功能位点是蛋白质分子上具有特定功能的位点。
科学家利用结构分析方法，通过比较蛋白质结构中的保守位点和突变位点，来预测蛋白质的功能位点。
这些预测结果对于研究蛋白质的生物学功能和药物设计具有重要意义。
总结：蛋白质结构与功能的注释是生命科学研究中的重要内容。
通过生物物理实验方法、生物信息学方法和基于结构分析的方法，科学家们可以揭示蛋白质的精确结构和功能信息。
这些方法的综合应用将有助于我们更好地理解和应用蛋白质在生命过程中的关键作用。
蛋白质结构和功能的研究方法
蛋白质结构和功能的研究方法蛋白质是细胞中最基本和重要的分子之一。
它们参与了几乎所有生物过程，包括基因表达、代谢反应、细胞信号传导和免疫响应等。
因此，了解蛋白质的结构和功能对于生命科学和医学等领域的研究具有重要意义。
本文将介绍蛋白质结构和功能的研究方法。
1. 蛋白质结构的研究方法蛋白质结构可以通过多种技术进行研究，其中主要的三种方法是X射线晶体学、核磁共振（NMR）和电子显微镜。
这些方法具有不同的优缺点，因此在不同的情况下选择不同的方法进行研究。
X射线晶体学是一种广泛用于精确定位蛋白质结构的方法。
在这个方法中，蛋白质晶体的X射线衍射图案被用于确定蛋白质结构。
尽管这种方法在生物分子结构研究中具有广泛的适用性，但是制备晶体是一项困难和耗时的任务，因此需要大量的手动处理和人工智能辅助。
另一种方法是NMR，其依赖于蛋白质的核磁共振信号。
由于不需要制备蛋白质晶体，因此NMR是一种无需过多处理的方法。
相比较于X射线晶体学，其分辨率稍微低一些。
但是，对于那些难以晶化的蛋白质或大分子，NMR的优势更加明显。
（魏婉婷注：当然，NMR也有许多限制，蛋白质大会影响稳定性，需要花费更长时间）电子显微镜是一种正在快速发展的技术，对于研究大分子和动态过程具有越来越高的优势。
电子显微镜可以直接看到分子的三维结构，而且处理蛋白质通常不需要制备晶体。
不过，其分辨率与X射线晶体学仍有差距。
2. 蛋白质功能研究方法蛋白质功能的研究方法与其结构研究有所不同，但是二者通常都是相互关联的。
在研究蛋白质功能时，需要充分了解其结构。
一种常用的蛋白质功能研究方法是质谱法。
这个方法基于质量光谱和荷质比测定，可以用于确定蛋白质的分子量和氨基酸序列。
质谱法还可以用于测定蛋白质的修饰和复合物成员等。
与其他技术相比，质谱法有很高的灵敏度和速度，而且不需要大量的蛋白质样品。
另一种方法是蛋白质纯化和活性测定。
这个方法包括多种技术，如离心、柱层析、电泳和免疫沉淀等，以分离纯化出特定蛋白质。
蛋白质功能和结构的研究方法
蛋白质功能和结构的研究方法深入了解蛋白质的功能和结构对于生物学研究有着重要的意义。
然而，由于蛋白质的多样性和复杂性，研究它们的功能和结构是一项艰巨的任务。
在本文中，我们将探讨蛋白质功能和结构的研究方法。
1. X-射线晶体学X-射线晶体学是一种广泛用于研究蛋白质结构的方法。
通过将蛋白质晶体置于强X射线束中，晶体中的原子会发生散射并形成衍射图案。
将这些衍射图案转换为图像，研究者可以了解蛋白质中的原子位置，从而推导出蛋白质的三维结构。
X-射线晶体学是一种高分辨率的技术，可以分辨细小的原子结构。
然而，这种技术需要提高蛋白质晶体的纯度和稳定性，并且对于某些蛋白质，晶体很难得到，因此X-射线晶体学并不适用于所有蛋白质。
2. 核磁共振核磁共振（NMR）是另一种常用于研究蛋白质结构的方法。
通过在强磁场中对蛋白质进行放射波照射，NMR可以检测蛋白质中的原子核之间的相互作用。
这些原子核的位置和相互作用可以被用来确定蛋白质的结构。
相对于X-射线晶体学，NMR需要较少的蛋白质，并且可以在溶液中研究结构，不需要晶体化。
此外，NMR还可以研究蛋白质在不同条件下的动态变化。
但是，NMR的分辨率通常较低，因此不能得到和X-射线晶体学相同的精细结构信息。
3. 电子显微镜电子显微镜（EM）是另一种常用于研究蛋白质结构的方法。
EM使用电子束而非光束照射蛋白质样品，并采集样品的图像。
通过精确的图像重建和三维重复，可以得到高分辨率的蛋白质结构信息。
EM的分辨率和X-射线晶体学相似，也能研究大分子亚单元的动态结构。
但是，对于复杂或真实的生物大分子，尤其是大蛋白，电子显微镜技术挑战巨大且较为困难。
4. 质谱质谱（MS）是一种将化合物分离并分子量分析的技术。
在蛋白质研究中，质谱可以用于确定蛋白质的分子量、蛋白质的修饰程度、蛋白质及其配体或相互作用伙伴之间的相对分子浓度等。
MS以其高灵敏度和高精度而闻名，可以检测包含大孔径的生命分子，例如蛋白质、DNA甚至细胞中的代谢产物。
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核磁共振技术
• 核磁矩不为零的核在外磁场的作用下，核自旋能级发 生塞曼分裂，共振吸收某一特定频率的射频（RF）辐射， 这一物理过程就是核磁共振。
满足共振条件可以有两种方法
• 一是固定电磁波的频率而逐渐改变外加磁场，称为扫场 • 另一种是固定磁场而改变电磁波的频率，称为扫频。 • 目前应用最广的是脉冲傅立叶变换的核磁共振技术。即应用一个短时
• 例如用AFM纳米嫁接的方法， 在添加了三氟乙醇的缓冲溶液中， 将铁硫金属蛋白修饰到已经组装 了硫醇的金电极上（如图）， 图中可以明显的看出最高的蛋白 质分子，次高的硫醇自组装膜区 域以及金基底。
纳米嫁接的蛋白质AFM三维形貌图
交联质谱技术（CXMS）
• 核磁共振技术、X射线晶体衍射技术等，对于蛋白质的 纯度、结晶性和绝对量均有比较高的要求，限制了其广泛 应用，交联质谱技术是近十年来发展起来的新技术，它将 质谱技术与交联技术相结合，在研究蛋白质结构与相互作 用方面具有速度快、成本小、蛋白质各方面性状要求低等 优势。 • CXMS原理：利用化学交联剂（通常包含两个反应基团和 一个连接区域）处理蛋白质样品，将空间距离足够接近、 可以与交联剂反应的两个氨基酸以共价键连接起来，然后 利用基于质谱技术的蛋白质组学手段分析交联产物。
X-衍射技术在蛋白质研究中的应用
• 英国生物化学家肯德鲁（John Cowdery Kendrew）和佩 鲁兹（Max Ferdinand Perutz），用X-射线衍射分析法研 究血红蛋白和肌红蛋白，而且共同研究X-射线衍射晶体照 相术，以及蛋白质和核酸的结构与功能。 • 1960年，他们把一些蛋白质分子和衍射X-射线效率特别 高的大质量原子（如金或汞的原子）结合起来，首次精确 地测定了蛋白质晶体的结构。肯德鲁和佩鲁茨分享了1962 年的诺贝尔化学奖。
• 一维核磁共振是在一个脉冲之后的t1时间进行数据收集
• 二维核磁共振在t1时间后再加一个脉冲后在t2时间内收集 数据S（t1，t2），然后分别以t2和t1为变量进行傅立叶变 换就得到二维谱S（w1，w2）。二维谱就是把作为对角线 的一维谱的峰进一步分开。
核磁共振应用于测定蛋白质三维结构
• 950年，Proctor等人研究发现：质子的共振频率与其结构 （化学环境）有关。在高分辨率下，吸收峰产生化学位移 和裂分，由有机化合物的核磁共振图，可获得质子所处化 学环境的信息，进一步确定化合物结构 • 1971 年，比利时科学家J. Jeener 提出二维核磁共振的概念 • 1985年，Kurt Wü thrich在此基础上发明了一种新的方法， 他选择生物大分子中的质子(氢原子核)作为测量对象，连 续测定所有相邻的两个质子之间的距离和方位，这些数据 经计算机处理后就可形成生物大分子的三维结构图
• 2.紫外共振拉曼光谱和二维相关红外光谱 共振拉曼光谱是在吸收区选择激发样品，在紫外区选择激 发蛋白质分子的不同区域，开展蛋白质结构的研究工作，很 大程度地提高了拉曼散射截面，排除了荧光干扰，使光谱的 信噪比显著提高。 二维相关红外光谱作为一种新的分析技术被用来分析蛋白 质的酰胺Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ带。此技术非常有用，因为二维相关红 外光谱能够按不同的二级结构将酰胺带去卷积成各成分带； 能够给予一个扰动，通过选择性的相关峰，将不同的二级结 构关联；能够提供各种环境下，二级结构变化和氨基酸残基 变化的特有规律。
• 相对于其他两种成熟的结构生物学研究手段——X射线晶 体学和核磁共振技术,主要有以下一些优势： • 1）可以直接获得分子的形貌信息，即使在较低分辨率下， 电子显微学也可给出有意义的结构信息； • 2）适于解析那些不适合应用X射线晶体学和核磁共振技术 进行分析的样品，如难以结晶的膜蛋白，大分子复合体等； • 3）适于捕捉动态结构变化信息； • 4）易同其他技术相结合得到分子复合体的高分辨率的结 构信息； • 5）电镜图像中包含相位信息，所以在相位确定上要比X射 线晶体学直接和方便。
• 三维电镜重构技术的缺点： 由于生物样品易受辐照损伤、图像衬度低、信噪比低的 特点，它对生物大分子的高分辨率结构解析非常困难。
蟑螂浓核病毒通过冷冻电子显微镜技术进行的病毒 衣壳空间结构的三维重构分析
蛋白质溶液构象的光谱技术
• 1.同步辐射圆二色光谱（SRCD）研究蛋白质结构 采用同步辐射光源，可以将测定波长低至160nm，从而 提供低波长的信息。而且，SRCD的真空紫外辐射不破坏蛋 白质短的整体性，并且有高的信噪比，更快的测量等特点， 在高浓度缓冲液和其它吸附成分存在时仍可以完成样品的检 测。
扫描探针显微镜（SPM）技术
• SPM家族通常分为扫描隧道显微镜（STM）和原子力显 微镜(AFM)两大类。其成像及工作原理分别是检测针尖和 样品之间的隧穿电流和相互作用力。 • SPM具有很高的空间分辨率，可以原位实时成像，并且可 以在一定条件下成原子级像。蛋白质分子由于必须依靠一 定的媒介环境才能保持其生物活性和化学活性，因而蛋白 质的成像通常是在特定的缓冲液中
X-衍射技术在蛋白质研究中的应用
• 莱纳斯.鲍林（Linus Carl Pauling）将X-射线衍射晶体结 构测试的方法引入到蛋白质结构测定中，并且推导了经衍 射图谱计算蛋白质中重原子坐标的公式。至今，通过蛋白 质结晶进行X-射线衍射实验仍然是测定蛋白质三级结构的 主要方法，人类已知结构的绝大部分蛋白质都是经由这种 方法测定获得的。 • 结合血红蛋白的晶体衍射图谱，鲍林提出蛋白质中的肽 链在空间中是呈螺旋形排列的，这是最早的α螺旋结构模 型。
• 3）电子密度图的计算和解释 有了每个衍射点的相位，加上已经收集到的每个衍射点的 结构振幅，就可计算电子密度图。由于蛋白质分子结构的 复杂性，它的电子密度图随着分辨率的不同，从图上能识 别出的结构层次也不同。
• 4）结构模型修正 从电子密度图上最初建立的蛋白质分子结构模型是比 较粗糙的，需要进一步精华。
• 1）晶体培养。 结构测定的精度依赖于晶体所能达到的衍射分辨率，所以 获得具有强衍射能力的晶体是蛋白质晶体结构测定分析的 关键步骤，是蛋白质晶体结构分析的瓶颈。
• 2）数据收集和处理 一般来讲，中等大小晶胞的一套高分辨率数据，至少要收 集几万个衍射强度数据，再经过专门的数据处理程序包处 理，给出这一套数据的各种统计结果，以判断数据质量的 好坏。
• 核磁共振技术的优点： 具有高分辨率，仅次于 X- 射线晶体学技术， 可以在溶液中操作，在 近似蛋白质生理环境下 测定其结构，甚至可以 对活细胞中的蛋白质进 行分析，获得“活”的 蛋白质结构。
缺点：所能测定的样品的分子量要比较小， 一般在50KD以下。另外核磁共振衍射技 术的反应体系是溶液，这对不溶的蛋白比 较困难，如膜蛋白，只有用去垢剂才能溶 解，这就使研究复杂化。在核磁共振衍射 的观察中，去垢剂会造成很大的噪音和假 相。实验周期较长，采用核磁共振方法寻 找蛋白质结构较为耗费人力及时间，尤其 是图谱分析工作极为困难和费时。
间方波脉冲激发样品，这种方波中包含各种不同的频率在内，因此样
品中不同的核可在同一时间内都得到激发。但是脉冲过后得到的是指 数衰减的时域函数，借助Fourier变换的数学方法把时域函数转换成频
域函数，这时就能见到已经产生的若干共振峰，这种变化过程可以由
计算机自动完成。
• 一维核磁共振只能测定小分子的结构如氨基酸，要测定大 分子物质就需要利三维电镜重构技术
• 在电镜下观察生物大分子时，观察的对象是三维结构，电 镜图像是这些三维结构的二维投影。由生物结构的二维电 镜图像推知其三维结构的方法称为三维电镜方法
• 三维电镜技术的新进展：冷冻电子显微镜技术 冷冻电镜三维重构是结构生物学研究中的一种较新的技 术。它的基本技术路线为：利用快速冷冻技术对样品进行 冷冻固定，然后利用冷冻电镜和低剂量成像技术对样品进 行电子成像，利用高灵敏底片进行成像记录，利用高分辨 率扫描仪对底片进行数字化，对数字化的图像进行二维图 像分析——选点、分类、校正和平均，最后完成样品的三 维重构计算。
蛋白质结构的研究技术
小组成员：王鹏、任楠楠、陈瑶、占希、宫婷 婷 主讲人：xx
蛋白质结构的研究技术
• 1.X射线单晶衍射分析技术 • 2.核磁共振技术 • 3.蛋白质的二维结晶及三维重构技术 • 4.蛋白质溶液构象的光谱技术 • 5.扫描探针显微镜技术 • 6.交联质谱技术 • 7.分子模拟技术
X射线单晶衍射技术的原理
分子模拟技术
• 分子模拟技术是以计算机技 术为依托，以量子化学、统计 力学为理论基础。它为蛋白质 的结构预测和功能测定提供了 一种崭新的手段。
分子模拟技术的工作流程图
X-衍射技术在蛋白质研究中的应用
• 2000年，美国科学家阿格雷（Peter Agre）与其他研究人 员应用场发射电子源的电子衍射方法得到分辨率为3.8埃 的AQPl 水通道电子密度图，发现了一种被称为水通道蛋 白的细胞膜蛋白就是人们寻找已久的水通道，并公布了世 界第一张水通道蛋白的高清晰度立体照片。 阿格雷和麦金农因为对膜蛋白分子和离子通道开创性的 研究，而共同分享了2003 年的诺贝尔化学奖。
当一束X射线照射到晶体上时，X射线在晶体中产生衍 射现象。晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子 分布规律。
X-衍射技术的原理
• 若用照相法收集衍射线，则可使胶片感光，留下相应 的衍射花样(衍射光斑、衍射光环或衍射线条) 。
• X射线晶体衍射分析（X－ray Crystallography）主要包 括以下五个步骤： 1）晶体培养 2）数据收集和处理 3）测定相位 4）电子密度图的计算和解释 5）结构模型修正