原理: 自旋量子数I≠0的原子核可旋转并带电，因此而产
生磁矩 ()，在外加电场作用下沿磁场方向取向，同 时发生能级分裂（占有能级数为2I+1），相邻能级能 量差都是△E 。 当能量为△E=h电磁波通过时，低 能核可吸收电磁波而产生跃迁—— 核磁共振
NMR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 由于电子云产生的感生磁场的屏蔽作用，引起共振时
▪ NMR类型： 1H-NMR；13C-NMR等 一维谱: 吸收峰强度对一个频率变量作图 多维谱（二维、三维）
理论方法的进展也非常快,与实验的结合也越来 越紧密. 尤其是蛋白质折叠的机制成为研究的热点和 焦点.
预测蛋白质构象的理论方法
蛋白质折叠的成核理论 同源模型方法 分子动力学 蒙特卡罗方法 折叠识别法 线索化方法 混合方法 从头预测法 等。。。。。。
同源模型方法
分子动力学
任何两种蛋白质，如果它们 的序列等同部分超过30％，它们 就具有相似的空间结构，即两个 蛋白质的基本折叠相同，只是在 非螺旋和非折叠区域的一些细节 部分有所不同。据此，同源模型 法的基本思想是：对一个未知结 构的蛋白质，首先通过同源分析 找到一个已知结构的同源蛋白质， 然后，以该蛋白质的结构为模板， 为未知蛋白质建立空间结构模型。
张一恒 李方翊 秦帅可
理论方法
通过已建立的各种理论研究 计算推导预测蛋白质的空间结构
蛋白质构象 测定思路：
试验方法
通过探索蛋白质在结构变化 过程中的各种光学、物理学等特
征的变化，了解结构信息。
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.
▪ 光源 自然光 单色器 单色光 起偏振器 平面偏光 电光调制器 左、右园偏振光 照射样品记录
▪ CD谱应用：游离aa 无圆二色性，所以 CD谱只与构象有关。
（四） 核磁共振 (NMR， nuclear magnetic resonance ) ：
意义：核磁共振波谱技术是能够在原子分辨率下测定溶液中
▪ 有些物质吸收入射光后经过一段很短时间, （10 - 9 ~10 - 8 s）又发射出波长比原来长的光——荧光
▪ 激发能的耗散：①热运动 ② 传递给相邻分子 ③发荧光形式
▪ 蛋白自身的荧光: λTrp = 348nm； λPhe = 282nm； λTyr = 303nm
配基的荧光: 如叶绿素，FAD、藻胆素等 结合人工荧光探针的荧光
蛋白质动态构象模拟
的最常用的计算方法 是分子动力学. 分子动 力学是在相空间(位置 和动量空间)中计算系 统随时间变化的轨迹.
对系统的系综平均就
是对系统在时间轨迹 上的平均.
• 测定蛋白质构象的实验方法
方法 X-光衍射
NMR
CD 荧光光谱
紫外差光谱
STM 氢同位素交换
激光拉曼光谱 小角中子衍射
ห้องสมุดไป่ตู้提供的结构信息
主要指标
应用
除了氢以外肽链所有 衍射点的强度和位置 最重要 原子排布
溶液蛋白构象； 构象动力学
化学位移；谱线强度； 越来越多
自璇耦合常数
很重要
二级结构及变化
椭圆度
很多
芳族氨基酸微区； 构象变化
发射、激发光谱 量子产率
很多
芳族氨基酸微区； 构象变化
吸收变化
很多
表面原子结构分布 隧道电流及其变化 较多
规则二级结构； 氢键数目
与环境水不可交换的 较少 肽键氢的数目
二级结构
拉曼光谱
尚不成熟
肽链所有原子排布 散射强度的角分布 起步不久
一 溶液中蛋白质分子构象的研究方法:
▪ 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 异，来确定其构象，以及与功能的关系
（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，低温
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。
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、在分子
中的排布，从而确定基团的性质
▪ 自旋耦合： 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
▪ 产生核磁共振的方法： 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，改变外加磁场强度
生物大分子三维结构的唯一方法
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.
▪ 蛋白质吸收来自两个部分：
可见光区(400-770nm)：来自配基，如Cytc
Trp = 280nm
紫外区(200-400nm) ：蛋白本身 Tyr = 275nm
Phe = 257nm
•可见光吸收谱，紫外吸收光谱
肽基团=190~225nm
（二） 荧光光谱法 （fluorescence spectrum):
▪ 量子产率（量）： Q = 发射的荧光光子数
吸收的光子数
（三） 圆二色谱(CD)
原理:
▪ 偏振面：电场矢量的平面。
▪ 平面偏振光（ plane polarized light )：
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
偏振光加成的光，电场矢量的尖端沿螺旋线前进，从光的