讲稿9-蛋白质结构预测

第九章 蛋白质结构预测

第一节 概 述

蛋白质研究的核心内容：

收集大量的蛋白质分子结构的信息， 建立结构与功能之间关系的数据库，

奠定蛋白质结构与功能之间关系的理论研究基础。

●验证蛋白质设计的假设

证明是新结构改变了原有生物功能

三维空间结构的测定。

●晶体学的技术

制备出单晶体需纯蛋白质（几毫克～几十毫克）

进行繁杂的数据收集、计算和分析。

蛋白质的晶体状态与自然状态不尽相同，应考虑的问题。 ●NMR(核磁共振)技术可以分析液态下的肽链结构，

绕过了结晶、X－射线衍射成像分析等难点，

直接分析自然状态下的蛋白质的结构。 直接模拟出：蛋白质的空间结构、

蛋白质与辅基和底物结合的情况 酶催化的动态机理。 有效地分析蛋白质的突变。

蛋白质的分子结构

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蛋白质的一级结构（primary structure） 多肽链的氨基酸残基的排列顺序。 蛋白质二级结构（secondary structure）

多肽链借助于氢键沿一维方向排列成具有周期性的结构的构象，是多肽链局部的空间结构（构象），主要有α－螺旋、β－折迭、转角等。 超二级结构（supersecondary structure）

相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，排列形成规则的、在空间结构上能够辨认的二级结构组合体，充当三级结构的构件（block building），

基本形式：αα、βαβ和βββ等。 结构域（domain）

在超二级结构的基础上形成的，通常由50-300AA残基组成， 在三维空间可以明显区分和相对独立，具有一定的生物功能。 结构域的亚单位： 模体或基序（motif）， 三级结构（tertiary structure）

整条多肽链的三维结构，包括骨架和侧链在内的所以原子的空间排列。 四级结构（quaternary structure）

在亚基和亚基之间通过疏水作用等次级键结合成为有序排列的特定的空间结构。亚基通常由一条多肽链组成，有时含两条以上的多肽链，单独存在时一般没有生物活性。

第二节 蛋白质结构测定

1. 一级结构测定 或蛋白质顺序分析：

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（1）应用化学裂解法和蛋白酶水解法将多肽链专一性裂解； （2）逐一测定每个纯化的小肽段的顺序；

（3）根据肽段氨基酸顺序中的重迭区确定小肽段的排列次序； （4）完成整条多肽链的顺序分析。

从cDNA或基因序列直接推导出蛋白质的氨基酸顺序，

已成为最常用的测定蛋白质一级结构的方法。

2. 蛋白质三维结构测定

（1）测定晶体中的蛋白质分子构象：

X射线晶体衍射图谱法（X-ray crystallography）， 中子衍射法； （2）测定溶液中的蛋白质构象：

核磁共振法（nuclear magnetic resonance，NMR）、园二色性光谱法、 激光拉曼光谱法、荧光光谱法、紫外差光谱法和氢同位素交换法等。

X射线晶体衍射的基本原理

X射线晶体衍射法测定结果可靠。

但，在晶体中的蛋白质分子构象是静态的。

不能测定不稳定的过渡态的构象。

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很多蛋白质很难结晶，或者很难得到用于结构分析的足够大的单晶。 核磁共振

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

(Zeeman splitting)，共振吸收某一特定频率的射频（radio frequency, RF）辐射的物理过程。

NMR法不需要制备蛋白质晶体，

仅限于分析长度不超过150AA残基的小蛋白。

其它方法很难获得蛋白质分子完整的三维结构，

在应用上存在较大的局限性。

NMR法测定过程

第三节 蛋白质结构预测

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