重要蛋白质复合物的结构与功能研究
蛋白质复合物的结构与功能
蛋白质复合物的结构与功能蛋白质复合物，顾名思义，指的是由多个蛋白质分子组成的复杂结构。
这种复杂的蛋白质大分子在生物体内扮演着至关重要的角色，控制和调节着生命过程的很多方面。
在本文中，我们将探讨蛋白质复合物的结构和功能，并且介绍一些最近的研究进展。
蛋白质是生物体中最基本的分子之一，是细胞内大多数的代谢反应的催化剂。
但是，大多数生物体内的蛋白质并不是单个分子的形式存在，而是以复合物的形式存在。
这些蛋白质复合物的结构是非常复杂的，通常由两个或多个不同的蛋白质分子组成。
它们通过非共价交互作用相互吸引和结合，形成了一个稳定的复杂结构。
这种复杂结构具有非常特定的功能。
蛋白质复合物的结构是其功能的基础。
一般而言，其结构可以分为三个层次：一级结构、二级结构和三级结构。
一级结构是指蛋白质复合物的氨基酸序列。
氨基酸的不同顺序会导致不同的折叠结构，从而产生不同的功能。
二级结构是指蛋白质分子内部由氢键形成的α螺旋和β折叠。
而三级结构则是相邻螺旋和折叠之间的交互作用，通过氢键、离子键、疏水作用和范德华力等非共价交互作用产生的折叠。
在构建具有特定功能的蛋白质复合物时，不同的蛋白质分子需要通过特定的结构和化学性质相互作用形成复合物。
关键是找到合适的交互位点、使其正确配对。
这些位点通常是氨基酸残基和结构域之间的相互作用，它们在复合物形成过程中发挥着极其重要的作用。
与单独存在的蛋白质分子相比，蛋白质复合物的功能更加多样化和复杂。
其优势在于它们具有更高的结构稳定性和更强的功能多样性。
蛋白质复合物可以在细胞内调节代谢通路，协助细胞分裂和修复DNA等。
另外，它们还可以作为一种信号分子，调节细胞信号传递。
在这些过程中，蛋白质复合物的功能通常受到一系列调控因素的影响，包括多种激素和细胞因子等。
这些分子通过各种分子机制调整蛋白质复合物的结构和化学性质，从而调节其功能。
最近的研究表明，蛋白质复合物的结构和功能与一些人类疾病的发生密切相关。
例如，许多肿瘤细胞中的蛋白质复合物呈现突变或过度表达状态，因此成为靶向治疗的一个研究方向。
分子生物学知识：蛋白质复合物的结构和功能
分子生物学知识：蛋白质复合物的结构和功能蛋白质复合物是由两个或多个蛋白质分子结合而成的生物大分子，具有复杂的结构和多功能的特性。
在分子生物学中，研究蛋白质复合物的结构和功能是一个重要的研究方向，这不仅可以揭示细胞信号传递、代谢调控、基因表达等生物学过程的机制，还可以为新药物的研发提供理论和实践基础。
一、蛋白质复合物的结构与分类蛋白质复合物可以按照其组成蛋白质的数目、结构特征等不同方法进行分类。
按照组成蛋白质数目的不同，可以将蛋白质复合物分为二聚体、三聚体、四聚体等不同类型。
以四聚体为例，它由四个结构相同或相似的蛋白质分子（称为亚基）通过不同的相互作用方式组合而成，可分为对称四聚体和非对称四聚体两类。
对称四聚体的亚基之间一般通过等二面角间的静电作用、氢键、疏水作用、金属配位等方式结合在一起。
它们之间的相互作用方式一般比较简单的，如四面体、正方体、八面体等几何构型。
非对称四聚体的亚基之间则复杂一些，亚基之间的组合方式不规则，但可以形成比对称四聚体更大程度的柔性和嵌套性结构。
二、蛋白质复合物的结构和功能1、结构功能相关性蛋白质复合物的结构是与其功能密切相关的，它们的结构不仅需要保证其稳定性，还需要符合其特定的功能需求。
一些研究表明，结构上的变化会影响复合物的功能。
比如在ATP合酶复合物中，ATP酶（c子基）通过柔性悬臂连接其他单位，可实现通过着色体DNA拉升的机械功；在核转录前复合物中，RNA聚合酶II和对应因子共同形成的复合物不仅有助于启动转录，还通过保存基因组稳定性、错误处理等方式维护基因表达。
2、相互作用方式和功能蛋白质复合物的组成亚基之间的相互作用方式具有多样性和特异性。
这些相互作用可以在空间上为复合物赋予一定的柔性、活性和可逆性，同时也为复合物的特殊功能提供了物理和化学基础。
如发育生物的固定核素蛋白组成复合物在分子上通常具有吸附性、电中性、低熵和水解性等特性，大部分NPC亚基则具有组装、粘附、定向性和空间数值模拟等特征。
蛋白质复合物的结构及其功能分析
蛋白质复合物的结构及其功能分析生命体系中的蛋白质复合物是由多个蛋白质组成的大分子，其结构和功能具有复杂性、高度的互作性以及动态性。
蛋白质复合物在生命的各个方面都扮演着重要的角色，如细胞信号传递、代谢调控等。
本篇文章将探讨蛋白质复合物的结构及其功能分析。
一、蛋白质复合物的结构分析蛋白质复合物结构的分析对于深入了解蛋白质复合物的功能机制至关重要。
结构可以从不同的角度进行分析。
其中比较重要的有：（1）. 蛋白质复合物的结构形态蛋白质复合物的结构形态可以分为线性和非线性两种。
线性结构较为简单，可以看作是序列上相邻的蛋白质单体组成的复合物。
而非线性结构则复杂多样，包括球形、螺旋形、锥形等。
非线性结构的各个单元之间相互作用复杂，机制不同，这直接影响到复合物的功能。
（2）. 蛋白质复合物的二级结构蛋白质复合物的二级结构包括α螺旋、β折叠、无规卷曲等。
α螺旋是一种由蛋白质链中一个单元上的氨基酸残基与其他单元上的氨基酸残基间的氢键连接而成的螺旋结构。
β折叠是由蛋白质链中一个单元上的氨基酸残基与其他单元上的氨基酸残基间的氢键连接而成的折叠结构。
无规卷曲则是没有任何规则的结构。
（3）. 蛋白质复合物的三级结构蛋白质复合物的三级结构是指蛋白质单体之间的空间排列。
主要是由氢键、电荷、疏水相互作用所决定。
三级结构的稳定直接影响复合物的功能活性。
（4）. 蛋白质复合物的四级结构蛋白质复合物的四级结构是指在一些由多个蛋白质单体组成的复合物中，每个单体之间相互作用所形成的整体结构。
其中比较典型的是由四个亚基组成的四聚体结构，如糖原合成酶。
二、蛋白质复合物的功能分析（1）. 酶活性蛋白质复合物作为酶活性的载体在代谢过程、免疫应答、细胞周期以及细胞死亡过程等中都发挥着重要的作用。
其中最有代表性的是由12个亚基组成的蛋白酶体。
它扮演着细胞内垃圾处理的角色，调解了蛋白质的降解。
（2）. 细胞信号转导蛋白质复合物在细胞中许多信号转导通路中起到了重要作用，如MAPK、PI3K等，它们具有复杂的调节机制和动态的分子互作。
蛋白质复合物的结构与功能研究及其应用
蛋白质复合物的结构与功能研究及其应用在生命体系中，蛋白质是最为重要的分子之一，几乎参与了整个生命过程。
蛋白质复合物是指两个或更多个蛋白质通过非共价作用结合在一起的复合体，它常见于许多生物过程中，如基因转录、细胞信号传导、细胞骨架的形成等。
在研究其结构和功能方面，人们不断开发新的技术手段和方法，以期更好地将其应用于生物学的研究和治疗。
一、蛋白质复合物的结构蛋白质复合物的结构通常具有多样性和复杂性，由此引发了研究难度极大的问题。
蛋白质复合物有多种类型，例如酶-底物复合物、离子复合物、信号复合物等。
典型的例子是酶-底物复合物，它的结构通常具有两个或多个单体，每个单体都包含活性位点，这些活性位点在复合物形成后如何协同作用是研究的重点问题之一。
研究蛋白质复合物的结构常用X射线晶体学、核磁共振谱学、电子显微镜等技术手段。
X射线晶体学是目前解析蛋白质复合物结构最常用的方法之一，它可以通过蛋白质复合物在晶体中的结晶进行高分辨率成像，得到蛋白质复合物的三维结构信息。
然而，X射线晶体学需要大量纯化蛋白质并制备晶体，而且一些蛋白质复合物晶体很难制备，这就限制了该方法的应用范围。
因此，其他技术手段也被广泛应用。
核磁共振谱学是一种非常优秀的技术，它不需要晶体，可以在溶液状态下得到蛋白质复合物的结构信息。
这种方法的主要局限在于它只适用于比较小的蛋白质复合物，且分辨率比X射线晶学低得多。
另一种非常重要的技术是电子显微镜，它可以在接近原始状态下直接成像，配合先进的计算成像技术以得到高分辨率图像信息。
二、蛋白质复合物的功能蛋白质复合物通常具有特殊的功能，它们可以协同完成一些繁琐而复杂的生物学任务。
蛋白质复合物可通过相互作用来调节蛋白质的活性、稳定性及其在细胞内的定位。
同时，某些蛋白质复合物还可作为信号转导的中介，使得一些信号可以在细胞内部传输。
在疾病发生和治疗中，某些蛋白质复合物可能具有重要作用。
例如，抗体是一种常见的蛋白质复合物，在人体免疫反应中起着关键作用，故外源性疫苗和其他医学产品可用于模仿人体侵入病毒，或通过调节抗体的产生来预防和治疗细菌和病毒感染；另一方面，许多癌症通常涉及特定蛋白质复合物的异常结构或功能，因此针对这些复合物的调控和研究可为癌症治疗提供新的思路。
蛋白质结构和功能的研究和发现
蛋白质结构和功能的研究和发现蛋白质是一种高度复杂的分子，它在生命体内担任着各种重要功能。
虽然蛋白质研究已有数十年的历史，但我们对其结构和功能的了解仍然处于不断拓展的阶段。
本文将探讨蛋白质结构和功能的研究和发现，以及这些发现对生命科学和医学研究的影响。
一、蛋白质结构的发现蛋白质分子是由氨基酸单元组成的。
最早的蛋白质结构研究可以追溯到19世纪。
当时，科学家们发现，加热蛋白质后，它们会失去原来的形状和功能。
这表明蛋白质分子具有一种稳定的结构，且其结构与功能密切相关。
20世纪初，科学家开始使用X射线晶体衍射技术研究蛋白质分子的结构。
通过这种技术，科学家们可以直接观察蛋白质分子的三维结构，从而更好地理解其功能。
其中最著名的一个例子是1951年英国科学家Dorothy Crowfoot Hodgkin确定了青霉素的三维结构，这项成果为后来的抗生素研究打下了基础。
二、蛋白质结构的分类蛋白质分子可以分为四个级别：原生结构、二级结构、三级结构和四级结构。
原生结构是指蛋白质分子最初折叠成的形状。
不同种类的蛋白质有不同的原生结构。
通常情况下，蛋白质的原生结构包含若干个二级结构和若干个耦合的结构域。
二级结构是指蛋白质中的局部结构，例如α-螺旋和β-折叠。
这些结构通过氢键来保持稳定，并且通常是非常稳定的。
三级结构是指完整蛋白质分子的三维结构。
在三级结构中，不同的二级结构之间通过不同类型的相互作用来保持稳定。
例如，疏水作用可以促进氨基酸链相互靠近，而静电作用和氢键则贡献了更稳定的结构。
四级结构是指一些高级生物体中由多个蛋白质分子组成的复合物。
这些复合物通常呈现一种特定的对称性，并可以通过相互作用来保持稳定。
三、蛋白质结构与生命活动的关系人类的体内有大约20000种蛋白质，它们在细胞代谢过程中担任着各种重要的角色。
蛋白质的功能通常与其结构密切相关。
例如，酶是一种具有催化活性的蛋白质。
酶的活性取决于其特定的三维结构，它们可以切割分子，转换单位或促进反应的产生。
蛋白质复合物的功能研究与新进展
蛋白质复合物的功能研究与新进展随着科技不断发展，人们对于生物大分子的研究也越来越深入。
其中，蛋白质复合物作为一种重要的生物大分子，在细胞内扮演着非常重要的角色，它们在细胞周期、信号转导和DNA修复等方面的功能显得尤为重要。
本文将介绍蛋白质复合物以及其在生物界的重要性，同时还将介绍最新研究带来的新进展。
一、蛋白质复合物在生物界中，蛋白质复合物是由两种或更多种蛋白质相互结合而形成的复合物，它们通常用于完成生物功能，这种结合可以帮助它们更好地进行交互。
蛋白质复合物可分为两种不同类型：永久复合物和临时复合物。
前者由两种或更多种蛋白质组成，它们通常紧密结合，不容易被分离。
后者则只在特定情况下形成，例如激素与受体的相互作用就是一种临时复合物。
二、蛋白质复合物的功能蛋白质复合物在细胞生物学方面扮演着重要的角色，它们在细胞周期、信号转导和DNA修复等方面发挥着重要的作用。
1. 细胞周期细胞周期指的是一个细胞从分裂到再次分裂所经历的一系列事件。
这个过程不断循环，直到一定数量的细胞被生产出来。
蛋白质复合物对于细胞周期的控制有着重要的作用。
例如，周期素依赖型激酶和细胞分裂素是两种负责控制细胞周期的蛋白质复合物。
2. 信号传递细胞中的生长因子通常会与受体蛋白质结合，从而触发一系列级联反应，这些反应涉及各种蛋白质复合物，它们有助于传递特定的信号，并启动特定细胞道路。
有些蛋白质复合物还可以抑制信号通路。
3. DNA修复DNA是控制所有生物活动的基因物质，它也很容易受到损伤。
当DNA受到损伤时，蛋白质复合物可以快速修复它们。
例如，核苷酸切割酶复合物具有快速定位和割断受损DNA链的能力。
三、新进展虽然对蛋白质复合物的科学研究已经不断在加深，但是人们对它们的了解还有很长的路要走。
近些年来，科学家已经在蛋白质复合物的研究中取得了新的进展。
1. 蛋白质复合物在癌症治疗中的应用一项最新的研究表明，新药物可以干扰蛋白质复合物的结构性稳定性，从而有望在治疗某些类型的癌症中发挥作用。
DNA修复途径中蛋白质复合体的结构和功能研究
DNA修复途径中蛋白质复合体的结构和功能研究DNA修复途径是维持细胞遗传信息完整性的重要保障，其中蛋白质复合体在DNA修复过程中起到了重要的作用。
本文将从蛋白质复合体的结构和功能两方面进行探讨。
一、蛋白质复合体的结构蛋白质复合体是由多个蛋白质分子组成的大分子，它们通过静电力、氢键、疏水作用等相互作用形成互相联系的空间结构。
在DNA修复途径中最常见的蛋白质复合体有复合体1（complementation group 1，简称C1）和复合体2（complementation group 2，简称C2）。
C1复合物包括RAD51、RAD52和RAD54等蛋白质分子，它们在非同源末端连接、同源重组和染色单体的加入中起重要作用。
C2复合物主要包括XPC、HR23B和CETN2等蛋白质分子，它们参与细胞对UV损伤的修复。
二、蛋白质复合体的功能在DNA修复过程中，不同的蛋白质复合体会发挥不同的作用。
例如，C1复合物中的RAD51蛋白质在染色体重组和细胞有丝分裂中起到了关键的作用。
RAD51蛋白质通过介导DNA链姐妹染色元件间的多肽缺损修复，促进了同源重组的进行；同时，在有丝分裂过程中，也能与染色体上的蛋白质相互作用，维持染色体稳定。
另外，C2复合物中的XPC蛋白质则参与了对DNA损伤的识别和修复。
XPC蛋白质的N-端和C-端分别与XPA和HR23B等蛋白质相互作用，形成一个三角形的结构。
这个结构可以在UV辐射引起的DNA损伤处找到DNA双链结构的缺陷，并启动核苷酸修复的信号传导通路。
三、蛋白质复合体研究的现状与展望近年来，随着高通量技术和立体晶体学的发展，蛋白质复合体的研究也得到了快速发展。
晶体学、核磁共振、质谱等技术的运用，使得蛋白质复合体的原子级结构逐渐被解析，并且可以进一步探究其功能和调控机制。
同时，如何发掘蛋白质复合体在细胞信号传导网络中的特殊作用，是更深层次的研究方向。
这需要跨学科的合作与创新，从而开发新的治疗方法和精准医学疗法。
蛋白质复合物的结构和功能研究
蛋白质复合物的结构和功能研究蛋白质复合物是由两个或更多的蛋白质组成的一个大分子复合体。
它们常常具有共同的功能，如信号转导、结构支持、能量转移等等。
了解蛋白质复合物的结构和功能对于深入理解细胞生物学和生物化学过程都是非常重要的。
一、蛋白质复合物的结构蛋白质复合物的结构通常由两部分组成：基团和亚基。
基团是蛋白质复合物中最大的子单位，通常由一个或多个亚基组成。
亚基是基团的组成部分，通常是一个单独的蛋白质。
蛋白质复合物的结构通常由两个或更多的亚基相互作用而成。
这些相互作用可以是非共价的，如静电相互作用、范德华力、氢键等；也可以是共价的，如二硫键和烷基化。
这些相互作用决定了蛋白质复合物的稳定性和空间构象。
在生物学中，一些蛋白质复合物具有对称性。
对称性通常是通过亚基之间的相互作用来实现的。
对称性的存在可以简化复合物的结构，便于理解和研究。
一些典型的对称性包括旋转对称性、反射对称性、螺旋对称性等。
二、蛋白质复合物的功能蛋白质复合物的功能通常与其结构密切相关。
一些蛋白质复合物具有明确的功能，如DNA复制和修复。
其他的蛋白质复合物与细胞过程有关联，如细胞凋亡和细胞分化。
蛋白质复合物也可以在细胞内部运输和分泌物质。
例如，细胞膜通道是由蛋白质复合物组成的，它们可以在细胞膜上形成针孔，让物质从细胞内部进入细胞外部。
蛋白质复合物还可以作为酶的辅助因子。
这种复合物可以调节酶的活性和特异性。
例如，胰岛素的受体是一个蛋白质复合物，它能够与胰岛素结合并启动一个信号通路，促进葡萄糖的代谢和细胞生长。
三、蛋白质复合物的研究方法研究蛋白质复合物的结构和功能涉及到许多技术和方法。
生物学家可以使用分子生物学工具来克隆和表达亚基和复合物基团。
此外，许多高级技术，如X射线晶体学、核磁共振、电子显微镜等，也被广泛用于识别和研究蛋白质复合物的结构。
现在，越来越多的生物学家正在使用计算方法来理解蛋白质复合物的结构和功能。
这些方法包括分子动力学模拟、结构预测算法、分子对接和化学信息学等技术。
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项目名称：重要蛋白质复合物的结构与功能研究首席科学家：隋森芳清华大学起止年限：2011.1至2015.8依托部门：教育部二、预期目标1、总体目标本项目在瞄准蛋白质科学重大前沿问题的基础上，密切结合我国的实际情况，在重要蛋白质复合物结构与功能的研究上取得若干突破，获得一批原创性的成果，力争在国际顶级学术期刊上发表高水平论文。
此外，通过本项目的实施，争取建立较完善的蛋白质复合物结构与功能研究的实验体系和技术平台，建立和培养一支具有国际水平的适于蛋白质复合物研究的队伍梯队。
本项目把提升我国蛋白质科学的研究水平和国际影响力作为目标之一，通过本项目的实施使我国在蛋白质复合物研究领域在国际上占据重要的地位，并为我国基于蛋白质复合物药物靶点的创新药物研发奠定基础。
2、五年预期目标1）通过本项目的实施获得一批原创性的研究成果：(1)通过解析蛋白质跨膜转运复合物、膜融和蛋白复合物，以及重要通道蛋白复合物的结构，揭示这些蛋白复合物在膜转运过程中的装配机制及发挥功能的分子机理；(2)通过解析膜受体与其配体以及调控基因表达的一系列蛋白质复合物的结构，揭示其介导的信号通路的分子机制；(3)通过解析调控细胞极化过程的信号通路中几组蛋白质复合物的结构及装配，阐明细胞极化过程的分子调控机理；(4)通过解析ACC、UCA、TC以及PC等具有重要生理功能的羧基转移酶的全酶结构，揭示其在催化代谢过程的生化反应中发挥作用机理。
2）通过本项目的实施，建立完善的蛋白质复合物结构与功能研究的实验研究体系，探索建立运用X-ray、Cryo-EM和NMR三大技术联合攻关高通量解析蛋白质复合物结构的技术平台。
3）通过本项目的实施，培养一批高质量博士后和研究生，扶植一批在蛋白质复合物的结构与功能研究领域具有国际竞争力的优秀中青年科学家和后备人才，建立一支结构合理，具有攻坚能力的国际先进水平的研究队伍。
4）以研究论文形式公布项目研究成果，发表高水平的学术论文。
在影响因子大于10的国际一流杂志上发表学术论文15篇以上，其中Cell、Nature、Science论文4篇以上。
三、研究方案1. 总体思路本项目将整合X-ray、Cryo-EM及NMR方法，配合细胞生物学、分子生物学、生物化学和生物物理学等多学科技术手段，旨在揭示与细胞发挥正常生理功能密切相关的几类蛋白质复合物的结构与功能，从结构生物学的角度探索蛋白质复合物结构功能关系的一般规律。
本项目实施期间，重点研究细胞膜转运相关蛋白质复合物（课题1）、膜上受体蛋白及其下游信号通路相关蛋白质复合物（课题2）、与细胞极性和能量代谢调控相关的蛋白质复合物（课题3和4）的结构与功能，分别从空间和时间两个方向上阐明这些蛋白质复合物在细胞活动中发挥生理功能的分子机理。
2. 技术途径结构决定功能，因此蛋白质复合物发挥其功能也是建立在其特定三维结构和结构之间相互作用的基础之上的。
为深入阐述目标蛋白质复合物的结构与功能关系，我们将采用如下图所示的技术路线，注重三大结构解析技术的结合，注重结构与功能研究的结合。
不仅要解析有重要生物学意义的蛋白质复合物的高分辨率结构，并且探索不同学科合作攻坚重要科学问题的新模式，结合功能研究阐明其作用的分子机理。
具体来说，在选定目标蛋白质复合物后，功能研究的已知结果将为结构研究的前期蛋白质表达和纯化方面提供指导，同时纯化的蛋白质样品不仅可以用于结构生物学研究，也为功能方面的离体（in vitro）研究提供了材料。
对测定的蛋白质复合物三维结构的分析不仅为其已知功能提供结构解释，同时也为拓展其功能研究提供指导。
3．研究方案的特色本项目的特色是综合运用结构生物学的多种研究方法，特别是X-ray、Cryo-EM和NMR三大技术方法的整合，并结合细胞生物学、分子生物学、生物化学和生物物理多学科技术手段，对蛋白质复合物进行结构与功能研究。
这即反映了蛋白质复合物的研究特点，也代表了当前结构生物学研究的最前沿。
目前X-ray和NMR方法仍然是解析生物大分子结构的最重要工具（其中约86％的已知大分子三维结构由X-ray方法测定），但这两种技术在解析大的蛋白质复合物结构时面临困难：X-ray方法解析的结构常常是分子的静态结构，生物大分子在体内发挥功能时常常相互作用并形成稳定或准稳定(动态)的复合物，这些复合物的结晶非常困难，因而难于应用X-ray方法解析它们的结构；NMR方法虽可获得分子在溶液中的结构，并可研究某些大分子复合物结构的动态变化，但目前国际最先进NMR技术水平只能用于分子量较小的生物大分子，三维结构测定通常小于30kD，动态变化测定也需小于100kD，对分子量大的生物大分子尤其是超分子复合物则无能为力。
与X-ray和NMR相比，Cryo-EM技术有如下优点：第一，由于生物大分子冻结在天然状态，使得天然结构最大程度的得以保留，所获得结构接近于其生理状态；第二，由于快速冷冻过程具有较高的时间分辨率（<毫秒），故可用于生物大分子的动态过程研究。
第三，电子显微学的分辨率解析范围（0.19nm-10 m）介于X射线晶体学与光学显微镜之间，适合从蛋白分子结构到细胞到组织结构的解析，无分子量上限，且分子量越大越有利于结构解析，尤其适合膜蛋白结构、蛋白质复合物、病毒、细胞器、细胞和组织的动态结构分析。
在蛋白质复合物结晶和结构测定困难的情况下，采用分别击破、然后整合的策略，用X-ray和NMR方法解析蛋白质分子的高分辨结构，用Cryo-EM解析蛋白质复合物的中等分辨结构，然后将高分辨的蛋白质分子的结构拟合到较低分辨的电镜获得的复合物结构中。
上述X-ray、NMR和Cryo-EM 方法的综合运用是结构生物学研究方法的发展趋势，但目前在具体方法操作上仍不成熟，我们在本项目中将探索其在实践中的运用。
4．项目的创新性其一，通过本项目的实施揭示一批重要蛋白质复合物的结构与功能，这些成果将具有原创性；其二，在研究几类重要蛋白质复合物的结构与功能的同时，探索复合物各个组分如何通过相互作用，有序装配中的结构变化，发挥其功能的分子机制，从结构生物学的角度揭示蛋白质复合物结构功能关系的一般规律。
5．取得重大突破的可行性分析1）本项目的课题负责人和学术骨干都是我国结构生物学方面的学术带头人和青年骨干本项目的研究队伍主要以青年科学家组成，多数是从海外留学归来的优秀青年科学家，并已在国内建立了实验室，拥有丰富的研究成果和研究经验，多次在国际顶尖杂志上发表学术论文。
这是确保项目顺利实施和取得成功的最基本和最关键的因素。
2）本项目已有扎实的前期工作基础4个课题的负责人及学术骨干均积累了丰富的蛋白质复合物结构与功能研究的经验，各个课题都已取得了重要的前期研究成果，为本项目的顺利实施提供了保障。
3）本项目已具备良好的硬件条件在X-射线衍射方面，蛋白质复合物晶体的普遍问题是衍射弱，需要非常强的X-射线光源。
上海光源的运行为我们提供了宝贵的强光源，为筛选、优化晶体生长和衍射数据收集提供了强有力的硬件支持。
在冷冻电镜方面，本项目的承担单位清华大学和中科院生物物理所都已经配备了目前国际上最先进FEI Titan Krios 300千伏场发射高分辨率透射电子显微镜。
中科院生物物理所现有400MHz和600MHz两台液体核磁仪器（其中600MHz配置低温探头），并再安装一台新的600MHz液体核磁仪器并配置低温探头。
各个课题组所在研究单位的生物学研究平台为本项目的功能学研究提供了强有力的保障。
基于以上的软硬件支持，我们有充分的信心在这项具有重大意义的科学研究上取得突破性进展。
四、年度计划一、研究内容1) 细胞膜转运相关蛋白质复合物的结构与功能研究细胞膜对物质的转运是细胞生命活动的基本特征。
其中对蛋白质的运输与调控是当前倍受生物学家重视的科学问题。
细胞内蛋白质的运输涉及两个基本的方面。
其一是新生蛋白质的跨膜运输问题。
这个问题包括原核生物蛋白质的跨细胞膜运输，也包括真核生物蛋白质的跨内质网（ER）膜运输。
其二，是蛋白质在胞内囊泡介导下的运输，这是真核细胞蛋白质运输中的问题。
对于第一个方面，近年来，人们对原核细胞（主要以大肠杆菌为研究对象）中蛋白质的跨膜转运的研究发现，大肠杆菌中存在着相互关联的两条蛋白跨膜转运途径。
其中一条是由Sec蛋白系统完成的翻译后蛋白质的跨膜转运，主要介导分泌蛋白的跨膜运输[37]。
另一条是由携带新生肽链的核糖体（RNC）与SecYEG以及YidC等辅助因子完成的共翻译方式，主要介导新生膜蛋白的插膜和定位[38-40]。
迄今，虽然部分参与上述途径的蛋白分子（或片段）的晶体结构已经得到解析，但转运复合物在不同转运阶段的动态装配以及区别对待膜蛋白和水溶性分泌蛋白的分子机制等关键科学问题仍不清楚。
通过对大肠杆菌蛋白质转运机器的研究可以揭示原核生物蛋白跨膜转运的机制和过程，并且和真核生物的蛋白跨膜转运进行比较，最终全面深入地揭示蛋白跨膜转运这一基本生命现象的普遍规律。
对于第二个方面，真核细胞内的膜转运主要以囊泡融合的方式完成。
尽管参与膜融合的核心蛋白复合物SNARE complex [41] 以及若干调节蛋白，如Munc18-1、Munc13、synaptotagmin、complexin和NSF等(或片段)的晶体结构已经解析，然而这些参与膜融合的蛋白组件是如何组装，如何协同调节共同完成囊泡融和的分子机制仍然未知。
因此，本课题通过冷冻电镜方法和晶体结构对接，解析不同辅助因子组合参与下的蛋白复合物组装结构以及对囊泡融合的影响，以期阐明膜融合复合物在融和孔的形成和融合调控中发挥功能的分子机制。
2）细胞膜受体激活及信号转导相关蛋白质复合物的结构与功能研究受体分子是细胞感知外界信号并做出相应反应的重要门户。
很多重要的生理功能都是从受体分子与配体的特异性结合开始，并最终通过一系列信号通路调控下游基因的转录与表达。
因此研究细胞表面受体及其配体的复合物及其下游信号通路蛋白质复合物在体内的功能以及其与发育、疾病发生和疾病治疗的关系一直以来都是生命科学研究领域里最重要的目的之一。
在本项目中我们将重点研究与发育、癌症及自身免疫疾病密切相关的三类信号通路的蛋白质复合物的结构与功能：（1）Hedgehog（Hh）信号通路。
Hedgehog信号通路在从果蝇到包括人类在内的多种生物的发育中发挥着关键作用，包括调控脑部和脊髓中细胞的命运和数目，决定肢体和内部器官的格局，甚至可以控制身高，最近的研究表明，该信号通路对于干细胞的维持也是必须的[42-44]。
这一信号通路的异常会导致Gorlin综合征等出生缺陷，以及基底细胞癌等癌症，且有证据表明成体组织中HH信号通路的诱导可激活组织修复，因此，长久以来对该信号通路的研究一直与人类疾病预防与治疗密切相关[45]。