6 蛋白质空间结构研究方法
一 溶液中蛋白质分子构象 的研究方法: 的研究方法:
• 利用各种光谱学方法测定不同条件下蛋白质溶液光谱性质的差 来确定其构象， 异，来确定其构象，以及与功能的关系 用不同波长光照射蛋白，检测透光强度， （一）吸收光谱：用不同波长光照射蛋白，检测透光强度， 以吸光度A 波长λ作图 常温， 作图。 以吸光度 ~ 波长 作图。常温，低温 • 蛋白质吸收来自两个部分： 蛋白质吸收来自两个部分： 可见光区(400-770nm)：来自配基，如Cytc ：来自配基， 可见光区 Trp = 280nm 紫外区(200-400nm) ：蛋白本身 Tyr = 275nm 紫外区 Phe = 257nm •可见光吸收谱，紫外吸收光谱 可见光吸收谱， 可见光吸收谱 肽基团=190~225nm 肽基团
215 209 222 λ(nm)
β-sheet
多聚Lys的远紫外 谱 的远紫外CD谱 多聚 的远紫外
（四） 核磁共振 (NMR， nuclear ， magnetic resonance ) ：
(1) 原理 原理: 自旋量子数I≠0的原子核可旋转并带电，因此而产 的原子核可旋转并带电， 自旋量子数 的原子核可旋转并带电 生磁矩 (µ)，在外加电场作用下沿磁场方向取向，同时 µ ，在外加电场作用下沿磁场方向取向， 发生能级分裂（占有能级数为 ），相邻能级能量 发生能级分裂（占有能级数为2I+1），相邻能级能量 ）， 差都是△ 当能量为△ 差都是△E 。 当能量为△E=hν电磁波通过时，低能核 ν电磁波通过时， 可吸收电磁波而产生跃迁—— 核磁共振 可吸收电磁波而产生跃迁
最大发射波长
λmax λ(nm)
旋光色散谱(ORD)及圆二色谱 及圆二色谱(CD) （三） 旋光色散谱 及圆二色谱
(1 ) 原理 原理: • 偏振面：电场矢量的平面。 偏振面：电场矢量的平面。 • 平面偏振光（ plane polarized light )： 平面偏振光（ ： 仅在固定方向上有振动的光。 仅在固定方向上有振动的光。 • 圆偏振光：两个电场矢量互相垂直、位相相差1/4的平面偏 圆偏振光：两个电场矢量互相垂直、位相相差 的平面偏 振光加成的光，电场矢量的尖端沿螺旋线前进， 振光加成的光，电场矢量的尖端沿螺旋线前进，从光的传 播方向看好似做圆周运动——circularly polarized light 播方向看好似做圆周运动 • 右圆偏振光：面对光源 右圆偏振光： 电场矢量顺时针转动 左圆偏振光： 左圆偏振光：面对光源 电场矢量逆时针转动
A
• 紫外差光谱 (differential spectrum): 不同条件下（ 不同条件下（发色 基团微环境变化），两个 基团微环境变化），两个 ）， 光谱之差。 光谱之差。
β-sheet coil
α -helix
λ（nm） ）
（二） 荧光光谱法 （fluorescence spectrum):
（3） 圆二色谱 ） 圆二色谱(CD) • 圆二色性（ CD， circular dichroism） 圆二色性（ ， ） 旋光物质对左、右圆偏振光吸收不同， 旋光物质对左、右圆偏振光吸收不同， 导致振幅变化， 导致振幅变化，从而产生 EL 椭圆偏振光的现象 的现象。 椭圆偏振光的现象。
ER
• CD有两种表示方法： 有两种表示方法： 有两种表示方法 若以消光系数表示 表示： ①若以消光系数表示： △ ε > 0，正圆二色性 ， △ε=εL －εR △ ε < 0，负圆二色性 ， 若以椭圆度表示： ② 若以椭圆度表示： 椭圆度θ=arctg 短轴 椭圆度
吸收的光子数
Tyr = 275nm Phe= 257nm
• 蛋白自身荧光测定经验规律： 蛋白自身荧光测定经验规律： ①除非蛋白自身带有配基或荧光探针 否则蛋白荧光都来自Trp、Phe、Tyr 否则蛋白荧光都来自 、 、 蛋白所处的溶液环境发生变化，如极性→ ② 蛋白所处的溶液环境发生变化，如极性→非极性 λmax 变短，荧光强度增强 变短， ③ Trp，Tyr可被某些熄灭剂 (I¯，硝酸盐 ) 熄灭 ， 可被某些熄灭剂 ， 处于极性环境下： ④ Trp，Tyr 处于极性环境下：温度降低 ， Q(量子产率 降低，非极性环境下不受影响 量子产率) 量子产率 降低， 最大吸收波长 • 荧光谱类型： 荧光谱类型： 相 对 ① 荧光发射光谱 : 以特定波长的激发光来 应 照射荧光物质，测不同波长下荧光强度。 照射荧光物质，测不同波长下荧光强度。 光 荧光激发光谱： ② 荧光激发光谱：不同波长的光照射荧光 强 度 物质， 物质，在特定波长下检测荧光强度
(2) NMR谱与分子结构的关系： 谱与分子结构的关系： 谱与分子结构的关系
• 化学位移 : 电子云 → 感生磁场 →对核形成屏蔽 对核形成屏蔽 由于电子云产生的感生磁场的屏蔽作用， 由于电子云产生的感生磁场的屏蔽作用，引起共振时 外加磁场强度的移动。 外加磁场强度的移动。 化学位移大小反映出原子核所处的化学环境、 化学位移大小反映出原子核所处的化学环境、在分子 中的排布， 中的排布，从而确定基团的性质 • 自旋耦合： 自旋耦合： 自旋核的磁距通过成键电子影响邻近的核， 自旋核的磁距通过成键电子影响邻近的核，引起 后者共振谱线分裂而增多，这种相互作用——自旋耦合 自旋耦合 后者共振谱线分裂而增多，这种相互作用 • 产生核磁共振的方法： 产生核磁共振的方法： 扫描频率：固定外加磁场， 扫描频率：固定外加磁场，改变射频电磁波频率 磁场扫描：固定射频电磁波频率， 磁场扫描：固定射频电磁波频率，改变外加磁场强度
恒高度 恒电流
S
• 缺点 ① 有时分辨率低 对蛋白表面 缺点: 有时分辨率低(对蛋白表面 沟槽探测不清) 沟槽探测不清 要求样品要有电导率； ② 要求样品要有电导率；否则 需要覆盖导电层 • STM技术优点： 技术优点： 技术优点 能在高分辨率下（原子级） ① 能在高分辨率下（原子级）观察样品的实三维结构 可适用于不同的探测环境： ② STM可适用于不同的探测环境： 可适用于不同的探测环境 固体或液体；低温或常温； 固体或液体；低温或常温；常压 可以大幅度改变视野范围， ③ 可以大幅度改变视野范围，研究不同层次的生命结构 • STM技术研究进展 技术研究进展: 技术研究进展 原子力显微镜（ ）；扫描离子电导显微镜 原子力显微镜（AFM）；扫描离子电导显微镜（SICM） ）；扫描离子电导显微镜（ ） 摩擦力显微镜（ ）；光子扫描隧道显微镜 摩擦力显微镜（LFM）；光子扫描隧道显微镜（PSTM） ）；光子扫描隧道显微镜（ ）
扫描隧道显微技术（ （五） 扫描隧道显微技术（STM， ， scanning tunneling microscope）： ）：
• 原理：量子理论中的隧道效应。 原理：量子理论中的隧道效应。 将原子线度的探针和被测物质表面作为两个电极， 将原子线度的探针和被测物质表面作为两个电极， 当两者距离小于1nm时，电子在外加电场的作用下将 当两者距离小于 时 穿过其间的势垒到达另一极—— 隧道效应。 隧道效应。 穿过其间的势垒到达另一极 • 隧道电流强度对两极间距敏感 距离 隧道电流强度对两极间距敏感,距离 减小0.1nm，电流增加一个数量级 减小 ， • 测定方式：恒电流模式；恒高度模式 测定方式：恒电流模式；
入
E
H
传播方向
(2) ORD谱： 谱 • 一束光通过物质时可产生两种效应： 一束光通过物质时可产生两种效应： 折射——光转播速度降低 ①折射 光转播速度降低 吸收——振幅降低 ②吸收 振幅降低 • 旋光性 一束平面偏振光透过旋光物质时 旋光性: 若对左、右圆偏振光折射不同， 若对左、右圆偏振光折射不同，偏振面旋转 旋光率：一束平面偏振光透过1dm(d)厚，浓度 旋光率：一束平面偏振光透过 厚 浓度1g/ml(C)的 的 溶液时，偏振面旋转的角度。 溶液时，偏振面旋转的角度。α = [αλ] · d ·C • 旋光色散（ORD，optical rotatory dispersion）： 旋光色散（ ， ）： 旋光率随平面偏振光的波长不同而变化的光学现象 随平面偏振光的波长不同而变化的光学现象。 旋光率随平面偏振光的波长不同而变化的光学现象。 • 旋光色散谱（ORD谱）： [αλ] ~ λ图 旋光色散谱（ 谱 • ORD谱应用：构成蛋白质的aa是左旋的，肽链形成α-helix 谱应用：构成蛋白质的 是左旋的 肽链形成α 是左旋的， 则产生右旋， 多肽链的旋光率 则产生右旋，在500~700nm多肽链的旋光率随波长不同而 多肽链的旋光率随波长不同而 变化，根据产生的ORD谱可计算α-helix所占的比例 谱可计算α 变化，根据产生的 谱可计算 所占的比例
• CD谱一般在两个区域： 谱一般在两个区域： 谱一般在两个区域 远紫外区： ① 远紫外区： 190 ~225nm附近为肽基 附近为肽基 的吸收，因此远紫外区 谱 的吸收，因此远紫外区CD谱 呈现的是肽骨架的构象。 呈现的是肽骨架的构象。 肽骨架的构象 ② 近紫外区： 近紫外区 侧链的构象有关。 与aa侧链的构象有关。 侧链的构象有关 在不同情况下，-S-S-，Trp ， 在不同情况下， ， Tyr，Phe等会出现不同的峰形， ， 等会出现不同的峰形， 等会出现不同的峰形 可灵敏的反映出蛋白质的细微 构象变化。 构象变化。 0 [θ] α-helix coil
第二节 蛋白质空间结构 研究方法
• 生物系统复杂的层次： 生物系统复杂的层次：
分子→细胞→组织→器官→ 分子→细胞→组织→器官→系统 →个体→种群→群落→生态系统→生物圈 个体→种群→群落→生态系统→ • 结构生物学： 结构生物学： 针对生物系统的不同层次进行研究 • 结构分子生物学： 结构分子生物学： 研究生物大分子的三维结构与功能。 研究生物大分子的三维结构与功能。以生物大分子结 构及其运动的测定为基础，阐明生物分子的功能， 构及其运动的测定为基础，阐明生物分子的功能，并进 而解释生命现象的科学 • 蛋白质构象测定思路： 蛋白质构象测定思路： 通过探索蛋白质在结构变化过程中的各种光学、物 通过探索蛋白质在结构变化过程中的各种光学、 理学等特征的变化， 理学等特征的变化，了解结构信息
测定蛋白质三维空间结构准确的方法
测定蛋白质三维空间结构准确的方法蛋白质是生物体中最重要的分子之一，其功能与其三维空间结构密切相关。
准确测定蛋白质的三维空间结构对于理解其功能和研究相关疾病具有重要意义。
本文将介绍几种常用的方法来测定蛋白质的三维空间结构。
一、X射线晶体学X射线晶体学是目前应用最广泛的测定蛋白质三维结构的方法之一。
该方法利用X射线的衍射原理来测定晶体的原子结构。
首先，通过结晶技术获得蛋白质的晶体样品，然后将晶体置于X射线束中进行衍射。
通过测量衍射图样的强度和角度，利用数学方法可以计算出晶体中原子的位置，从而得到蛋白质的三维结构。
尽管X射线晶体学是一种非常强大的方法，但其应用也存在一些限制。
首先，需要获得高质量的蛋白质晶体，这对于某些蛋白质来说是非常困难的。
其次，X射线晶体学只能测定静态的蛋白质结构，不能揭示蛋白质在不同功能状态下的构象变化。
二、核磁共振（NMR）核磁共振是另一种常用的测定蛋白质结构的方法。
该方法利用核磁共振现象来研究分子的结构和动力学。
在蛋白质的NMR实验中，通过对蛋白质溶液进行一系列核磁共振实验，可以获得蛋白质的二维或三维核磁共振谱图。
通过解析谱图，可以得到蛋白质的构象信息。
与X射线晶体学相比，核磁共振具有一些优势。
首先，核磁共振可以在溶液中测定蛋白质的结构，不需要获得晶体样品。
其次，核磁共振可以揭示蛋白质在溶液中的动态结构，可以研究蛋白质的构象变化和相互作用。
然而，核磁共振也存在一些限制。
首先，对于大型蛋白质来说，获得高质量的核磁共振谱图是非常困难的。
其次，核磁共振的分辨率相对较低，无法获得高分辨率的蛋白质结构。
三、电子显微镜（EM）电子显微镜是一种可以直接观察生物大分子的高分辨率成像技术。
近年来，随着技术的发展，电子显微镜在测定蛋白质结构方面取得了显著的进展。
通过电子显微镜观察蛋白质的投影图像或三维密度图像，可以得到蛋白质的结构信息。
与X射线晶体学和核磁共振相比，电子显微镜具有一些独特的优势。
蛋白质空间结构的预测和分析方法研究
蛋白质空间结构的预测和分析方法研究蛋白质是生命体系中非常重要的一类生物大分子，其功能和结构密切相关。
蛋白质的结构可以被分为四级结构，即：一级结构是蛋白质的氨基酸序列，二级结构是蛋白质的α-螺旋结构和β-折叠结构，三级结构是蛋白质的空间构形，在此基础上，大分子可以形成四级结构，包括蛋白质复合物和蛋白质聚合体。
因此，蛋白质分子的三级结构是关键的，它决定了蛋白质的功能、折叠和相互作用。
然而，解析蛋白质分子的三级结构需要高分辨率的实验数据，这不仅费时、费力，而且成本高昂。
因此，计算方法成为了预测和分析蛋白质空间结构的常用方法。
1. 蛋白质结构预测目前，蛋白质结构预测主要基于分子动力学模拟方法和氨基酸联系网络方法。
分子动力学模拟方法是通过计算机模拟分子动力学，来预测分子的构形和动力学性质。
模拟过程中，通过原子之间的运动分析蛋白质分子的结构。
然而，该方法将蛋白质作为简单分子处理，需要大量的计算资源和时间，因此，实用性不高。
氨基酸联系网络方法是通过在相邻氨基酸之间建立联系，利用蛋白质二级结构信息和氨基酸之间的作用力来预测分子结构。
该方法计算量更小，可以预测大分子的结构，但其预测准确性仍有待提高。
2. 蛋白质结构分析蛋白质结构分析是对已知蛋白质结构进行研究，包括蛋白质结构比较、功能预测等方法。
蛋白质结构比较是将两个或多个蛋白质分子的结构进行比较，找到相同或相似的结构元素。
该方法可以提供有关同源序列中的结构元素的信息，从而对蛋白质的功能和结构演化研究提供重要的启示。
蛋白质功能预测是通过蛋白质结构和化学性质等信息预测蛋白质的功能，包括酶活性、配体结合能力等。
该方法广泛应用于药物设计和蛋白质工程等领域。
3. 蛋白质结构分析软件目前，有许多蛋白质结构分析软件可供科研人员使用。
其中，Cn3D是一款可以可视化结构、函数、序列和域之间关系的工具，可用于分析和比较蛋白质结构；UCSF Chimera是一款高级的、交互式的分子模型工具，可以用于大规模的系统建模、多样的分子动画和高清分子可视化等；Pymol是一款针对专业人士的分子图形设计工具，它可以模拟多种模型，并提供有关蛋白质结构信息的可视化和分析。
蛋白质空间构象的解析和模拟方法
蛋白质空间构象的解析和模拟方法蛋白质是生命体系中非常重要的一类生物大分子，扮演着各种重要的生物学功能。
蛋白质结构的多样性和复杂性是破解生命之谜的核心之一。
因此，研究蛋白质的二级、三级结构及其空间构象具有非常重要的意义。
现代生物物理学和计算生物学为此提供了多种方法。
本篇文章将讨论蛋白质空间构象的解析和模拟方法。
一、方法简介1. X射线衍射X射线衍射是一种获得蛋白质空间构象信息的传统方法。
它的原理是X射线穿过晶体中的原子，形成衍射。
通过测量这些衍射斑点的强度和位置，可以推导出晶体中原子的位置。
这样就可以确定蛋白质的三维结构。
一般来说，决定蛋白质晶体结构需要获得数千甚至万级别的衍射数据，使用的仪器也是成本昂贵的，需要特定的专业知识和技能。
但是，X射线衍射得到的蛋白质空间结构信息是非常准确的。
2. 核磁共振核磁共振（NMR）是另一种解析蛋白质三维结构的方法。
与X 射线衍射不同的是，NMR不依赖于晶体形态，而是使用标记原子的核磁共振谱图获得信息。
这种方法的优点是需要的蛋白质数量小于X射线衍射，并且不需要结晶。
缺点是其解析度相对较低，对于较大的蛋白质分子往往不能提供有效的解析结构信息。
3. 电子显微学电子显微学也是一种获得蛋白质空间构象信息的方法。
该技术利用高电压电子束照射样本，测量由样本散射电子所形成的衍射图案。
然后通过计算复原出样品的三维电子密度分布。
和X射线衍射类似，这种技术需要高质量的实验数据，因此操作和仪器都比较昂贵。
4. 分子动力学模拟分子动力学模拟是一种计算方法，通过模拟分子中原子的运动方式和相互作用，以预测蛋白质空间构象变化。
基于这种方法，可以进行一系列不同的模拟，如温度变化、水合、离子作用等。
这样可以研究蛋白质分子的动态功能。
分子动力学模拟是一种非常强大的计算方法，但需要大量模拟和计算资源。
5. 量子化学计算量子化学计算是基于量子力学的计算方法，可以模拟原子、分子的结构和相互作用。
在蛋白质研究中，量子化学计算可以用于确定原型蛋白质针对特定蛋白质配体的高精度嵌入信息，并确定氢键和离子相互作用。
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。
最新考研生化第5、6章 蛋白质的空间结构PPT课件
5、念珠菌性阴道炎（霉菌性阴道炎）：
外阴阴道假丝酵母菌病：传染途径：主要为内源性感染，也
可通过直接传染，间接传染（口腔、肠道、阴道），长期应用抗生 素，改变了阴道内的微生物之间的相互制约关系，使念珠菌得以繁 殖而引起感染等。临床表现：外阴瘙痒、灼痛、尿频、尿痛、性交 痛、白带呈白色豆渣样，有的还有糜烂面及溃疡。相关检查：常规 妇检，查明病因化验：分泌物常规、念珠菌培养、BV、衣原体、 支原体培养等。治疗：消除诱因，药物治疗（根据化验结果对症用 药，消炎）全身用药，局部用药结合物理治疗。
d、无规卷曲(random coil)
3
• 肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴
平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的
-CO基与第四个氨基酸残基酰胺基团的-
NH基形成氢键。
7
• 蛋白质分子多为右手-螺旋。
• -折叠结构的氢键主 要是由两条肽链之间 形成的；也可以在同 一肽链的不同部分之 间形成。几乎所有肽 键都参与链内氢键的 交联，氢键与链的长 轴接近垂直。
6、细菌性阴道病（BV）：
病因：BV是一种混合性细菌感染，主要有加德纳氏菌，各种
厌氧菌、及支原体引起的混合感染。临床表现：阴道分泌物增多、
有臭味、外阴瘙痒、烧灼感等。相关检查：常规妇检，查明病因化
验：分泌物常规、BV、衣原体、支原体培养、B超等。治疗：对症
治疗，改变阴道内环境，提高疗效，药物治疗（根据化验结果对症
-折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-端
都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方
向相反。
8
• 在-转角部分，由四个氨基酸残基组成;
• 弯曲处的第一个氨基酸残基的 -C=O 和第四个残基的 –N-H 之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。
生物化学王镜岩第三第六章蛋白质的高级结构 课件(共54张PPT)
弹性蛋白：存在于结缔组织
纤维状蛋白质
不溶性〔硬 蛋白〕
角蛋白
α角蛋白：主要存在于毛发中
β角蛋白：天然存在于丝中，丝 心蛋白
胶原蛋白：结缔组织中〔骨、皮肤等〕大量存 在
可溶性蛋 白
肌球蛋白
血纤蛋白原
其它
说明： α角蛋白经充分伸展后可转变成β角蛋白，即β折叠片结构。
(４) 无规那么卷曲〔nonregular coil〕 蛋白质的空间结构：二级结构单元〔 -螺旋、 -折叠、 -转角、自由回转〕、三级与四级结构〔超二级结构、结构域、亚基〕及结构与功 能的关系 特征：两条或多条伸展的多肽链〔或一条多肽链的假设干肽段〕侧向集聚，通过相邻肽链主链上的N-H与C=O之间有规那么的氢键，形成锯齿 状片层结构，即β－折叠片。 70年代，提倡Vitamin C治百病 2 、 螺旋体中所有氨基酸残基R侧链都伸向外侧，链中的全部>C=0 和>N-H几乎都平行于螺旋轴;
4. 蛋白质的超二级结构
(１)超二级结构〔 supersecondary structure 〕 蛋白质中相邻的二级结构单位〔即单个α－螺
旋或β－折叠或β－转角〕组合在一起，形成有规 那么的、在空间上能辩认的二级结构组合体称为蛋 白质的超二级结构
根本组合方式：αα；β×β；βββ
超二级结构类型
αα
Β-链
β×β
βαβ
1 2ββ--迂迂回3 回4 5
βββ
回形拓扑结构
5 2回形3 拓扑4 结1构
丙糖磷酸异构酶
乳酸脱氢酶结构域1
黄素蛋白
丙酮酸激酶结构域4
羧肽酶
腺苷酸激酶
(a)
()
平行 -折叠的结构比较〔a〕 -园桶形排布，〔b〕马蹄形排布
蛋白质结构测定的方法
应用：( Ⅰ) 研究生物大分子及其复合物在溶液中的
三维结构和功能; ( Ⅱ) 研究动态的生物大分子之间以及与配基
的相互作用; ( Ⅲ) 研究生物大分子的动态行为; ( Ⅳ) 用固体核磁共振或液体核磁共振技术研
究膜蛋白的结构与功能; ( Ⅴ) 研究蛋白质折叠,折叠动力学; ( Ⅵ) 用于药物筛选与设计; ( Ⅶ) 研究代谢组学; ( Ⅷ) 研究活细胞中的蛋白质蛋白质相互作用; ( Ⅸ) 核磁成像用于认知科学研究.
传播方向看好似做圆周运动——circularly polarized
light
▪ 右圆偏振光：面对光源
E
H
电场矢量顺时针转动
左圆偏振光：面对光源
传播方向
电场矢量逆时针转动
入
圆二色性（ CD， circular dichroism）
旋光物质对左、右圆偏振光吸收不同，导致振幅变 化，从而产生椭圆偏振光的现象。
蛋白质空间结构国内外研究动态
在国际上,美国首先提出大规模测定蛋白质结 构的计划,现在已经进入第二期的产出阶段. 其他发 达国家(欧盟和日本)也相继启动自己的结构基因 组计划. 我国根据美国第一期的试验计划,发现X射线晶 体学仍然是测定结构的主要手段,这与预期的结果相符. 过去和现在情况都是这样,蛋白质结构数据库中的80% 的结构来自X射线衍射. 其他有重要贡献的手段有核磁 共振和低温冷冻电镜( cryo2EM). 由于这三种方法的 重要性,最近几年,它们都有很大的改进.
（五） 扫描隧道显微技术（STM， scanning tunneling microscope）：
STM的工作原理：
▪ 扫描隧道显微镜的工作原理是基于 量子力学中的隧道效应。对于经典 物理学来说，当一个粒子的动能E 低于前方势垒的高度V0时，它不可 能越过此势垒，即透射系数等于零 ，粒子将完全被弹回。而按照量子 力学的计算，在一般情况下，其透 射系数不等于零，也就是说，粒子 可以穿过比它能量更高的势垒，这 个现象称为隧道效应。
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。