X射线晶体衍射分析原理：
衍射现象：光的干涉而形成。
衍射线的方向：确定晶胞的大小和形状
衍射线的强度：确定晶胞中原子的空间 排布。
X射线晶体结构分析步骤： （1）克隆、表达、纯化 （2）结晶 （3）数据收集与处理 （4）相角的测定 （5）相角的改进（优化） （6）电子密度图的解释 （7）修正 （8）结构的描述和功能关系研究
也称 -弯曲（ -bend）或发夹结构（hairpin structure）。 结构要点：

含有4个氨基酸残基。

第一个残基的羰基氧和第四个残基的酰胺氢之间 形成氢键。
Gly 和Pro 常在- turn中出现。

-转角可改变肽链走向。
A
B
The Structures of two kinds of β- turns.
三级结构：tertiary structure
整个肽链的折叠情况: 具有二级结构的多肽链的空间排布.
1973：Rossman提出超二级结构：几种二 级结构的组合物: αα ββ βαβ
Porter提出结构域structural domain 指蛋白质分子中那些明显分开的球状 部分，如动物免役球蛋白有12个结构域。
Kurt Wüthrich:
Protein NMR
90年代初美国A.Bax等等提出异核三 维和四维核磁共振技术。 近年来，异核多四维核磁共振方法迅 速发展，可确定15-25kDa蛋白质分子溶 液三维空间结构：精度2Å，与X射线晶 体结构相当，二者可相互补充。 多数蛋白在1-3万Da.
1D-NMR, 2D-NMR, 3D-NMR。
STM原理：
量子理论中的隧道效应。
优点：
（1）高分辨三维表面结构 （2）适用于不同探测环境 （3）可改变观测范围，研究不同层次的 生命结构 （4）操作简单、样品量少、成本低
5、原子里显微镜（AFM）
Atomic Force Microscopy
1986：第一台仪器问世。
弥补STM的不足（研究非导电材料）
Biological MS and NMR win the 2002 Chemistry Nobel Prize
John Fenn:
electrospray mass spectromeanaka:
matrix assisted laser desorption ionization (MALDI) mass spectrometry for proteins
Wheat gluten structure and function: Glutenins: HMW-GS and LMW-GS Gliandins：α、β、γ、ω。 Polymer formed by disulphide-bond： dough with elasticity and extensibility.
Drs Binnig, Quate and Gerber发明
原理与应用： 样品表面真实形貌信息，更适合蛋白质、 核酸等大分子研究。
其他研究方法：
电镜三维重构 质谱技术 微热量技术 荧光光谱技术 表面等离子体共振技术（SPR） …………
四、贮藏蛋白的结构与功能
蛋白质中肽链平均有300-500个氨基酸残基。 最长的肽链是肌巨蛋白（titin）, 分子量有 3000kD, 27000个氨基酸。最小的有活性的肽链 是甜味二肽（天冬酰苯丙氨酸甲酯）。最小的 蛋白质：胰岛素51肽，牛胰蛋白酶抑制剂58肽。
蛋白质结构生物学研究
主要研究内容：
1、蛋白质结构： 一级、二级、超二级、结构域、三级、
四级结构。
2、蛋白质方法：
X射线晶体学、核磁共振技术、二维电 镜技术、波谱技术、各种模型模拟等。
3、蛋白质功能
作用机理、分子运动、电子传递、分子 进化等。
研究进展： 已测定10多万种蛋白质的一级结构， 18000多种蛋白获得三维结构高分辩率 (平均10个/天)。 侵染性蛋白prion的发现：
crystallography,
Bernal and Crowfoot (1934): 第一个蛋白 质晶体X射线图象； Kendrew(1960):测出第一个蛋白质晶体结构： 肌红蛋白，随后Perutz解析出血红蛋白晶体结 构；第3个为溶酶菌（Phillips,1965）. 1985:200种，1992：3000种，现已超过9000 种。全球平均：3个/2 days.
-凸起（ -bugle）

大多数作为反平行β折叠中的一种不规则情况。 可认为是β折叠股中额外插入一个残基。
Three different kinds of β-bulge structures involving a pair of adjacent polypeptide chains.
无规卷曲（random coil）
多具有明确、稳定的结构， 常构成酶的活性部位和蛋白质的特异功能部位。

A representation of the so-called E-F hand structure, which forms calciumbinding sites in a variety of proteins.
反平行螺旋束 （上下型螺旋束）
珠蛋白型
蚯蚓血红蛋白
血红蛋白亚基
，-结构蛋白质
单绕平行β桶 （平行β桶） 双绕平行β 片 （马鞍形扭曲片)
磷酸丙糖异构酶
黄素氧还蛋白
全-结构蛋白质
希腊钥匙型 果冻卷型 上下型
反 平 行 桶
伴刀豆凝集素A
反 平 行 片
露面夹心型
折 叠 占 优 势
一级结构：primary structure 共价键维持多肽的连接不涉及空间排列。 专指氨基酸排列顺序。 Sanger 1955:牛胰岛素，51个氨基酸， 耗时8年。
多肽链：
二级结构：secondary structure
多肽链骨架的局部空间结构，不考虑侧 链的构象及整个肽链的空间排列。 （1）Helix螺旋结构：a-helix 很稳定
Antiparallel β- sheets Φ= -139°Ψ= +135° 重复周期0.7nm
Fig. 1-40 The arrangement of hydrogen bonds in parallel and antiparallel β-pleated sheets.
-转角（ - turn）
-折叠片（ -pleated sheet）
也称β-结构（β-structure）或β-构象(β-conformation)。
-折叠股
“A pleated sheet” of paper with an antiparallel -sheet drawn on it.
Parallel β- sheets Φ = -119°Ψ = +113° 重复周期0.65nm
第四章 蛋白质 的分子结构
一、蛋白质结构研究概况
Protein-最原始的（希腊语）。 50年代以来成为研究热点。
蛋白质结构、生物化学方面的核心刊物：
Nature Structural Biology, 11.579 (1994-2003) (2004改为Nature Structural & Molecular Biology, 12.19) Journal of Structural Biology, 1990- 3.49 Structure, 1993- 5.993 Current Opinion in Structural Biology, 19919.559 Proteins: 4.684 Protein Sci.: 3.787 Peptides: 2.44 Amino Acids: 1.582
结构生物学主要方法: X射线晶体衍射技术:平均10个/天
二维三维核磁共振NMR技术: 2000多个小蛋白. 大分子复合物的结构：酶与底物等 大分子组装体的结构：病毒-抗体复合物等 macromolecular assembly 动态结构：NMR，四维结构测定：X射线。
二、蛋白质结构的一般概念
1952：丹麦Linderstrom-Lang 第一次提出蛋白质三级结构的概念：
引起羊瘙痒病（scrapie）, 具有感染 性，比病毒小，一种蛋白质颗粒。 发现者S. B. Prusiner, 1997 Nobel Prize.
疯牛病、人类克雅病（痴呆）
（CJD, Creutzfeldt-Jakob disease）
酵母中也有类似的蛋白质：
Sup35: 具有扭曲结构的转录因子。 能通过终止密码，使蛋白质加长， 改变结构与功能。
北大：1台：800MHz，600MHz多台。
NMR测定蛋白质三维结构的特点：
（1）水溶液或有机相中
（2）可大范围内改变溶液条件 （3）生物大分子内部动态学特点
测定步骤：
请参考有关文献：
粱毅主编：结构生物学，2005
科学出版社。
3、圆二色谱（Circular Dichroism, CD）
即椭圆度与波长的关系。利用不对称分 子对左、右圆偏振吸收的不同进行结构分 析。 溶液状态下的二级结构。 手性（chirality）分子：旋光活性。 基本原理：测定三维结构 参考有关文献。
2、多维核磁共振（NMR）技术
Nuclear Magnetic Resonance
溶液三维结构唯一有效手段。 1945：F.Bloch 和 E.Purcell独立发现NMR 现象。1952：共同获Nobel物理奖 1971，Jeener提出二维核磁共振2D-NMR 1991：R. Ernst 2D-NMR谱方面的贡献获 Nobel化学奖。 2002：K.Wuthrich 2D-NMR测定生物大分子 在溶液中的三维结构，获Nobel化学奖。
四级结构：tertiary structure 1958：Bernal 四级结构：几个蛋白亚 基结合成几何状排列:寡聚蛋白中亚基的种 类、数目、空间排列以及亚基之间的相互 作用。 （1）有互不相同的亚基组装 （2）有一种或几种不同亚基多次重复 组装