3 蛋白质结构分级和获取PPT.ppt

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3 蛋白质结构分级和获取PPT

* * * * * * * * * * * * * 蛋白质结构分析技术 蛋白质结构分析技术 蛋白质结构与功能 Hemoglobin (血红蛋白) 运输氧气 蛋白质结构分析技术 蛋白质结构与功能 Porin (孔蛋白) 穿透细胞膜的运输 蛋白质通过其特定的三维结构行使其生物学功能。 蛋白质结构的测定: X-射线晶体学 NMR 电镜 AFM 蛋白质结构分析技术 蛋白质通过其特定的三维结构行使其生物学功能。 蛋白质结构分析技术 诺贝尔奖与蛋白质结构分析 1914年诺贝尔物理学奖,劳厄(M.von Laue) 发现晶体中的X射线衍射现象 1915年诺贝尔物理学奖,布拉格父子用X射线对晶体结构的研究 1936年诺贝尔化学奖,德拜(P.J.W.Debye)用X射线衍射技术探明分子中原子的排列与结合形式 1944年诺贝尔物理学奖,拉比(I.I.Rabi) 发明核磁共振法 1958年诺贝尔化学奖,桑格(F.Sanger) 分离和测定一种蛋白质--胰岛素的氨基酸结构 1962年诺贝尔化学奖,佩鲁茨(M.F.Perutz)和肯德鲁 (J.C.Kendrew) 用 X射线衍射技术测定肌红蛋白和血红蛋白 的原子排列 1964年诺贝尔化学奖,霍奇金(D.C.Hodgkin)测定维生素B12等复杂晶体的结构 1972年诺贝尔化学奖,安芬森 (C.B.Anfinsen) 、莫尔 (S.Moore)和斯坦 (W.H.Stein) 对核糖核酸酶的三维结构及其 124个氨基酸顺序的研究 1982年诺贝尔化学奖,克卢格(A.Klug)将X射线衍射技术与电子显微技术结合发明显微影象重组技术,以及在结构分子生物学方面的研究 1985年诺贝尔化学奖,豪普特曼 (H.A.Haupt-man) 和卡尔(J.Karlc) 开发了用于X射线衍射确定物质晶体结构的直接计算法 1991年诺贝尔化学奖,恩斯特 (R.Ernst) 发明了傅立叶变换核磁共振分光法和二维核磁共振技术 2002年诺贝尔化学奖,库尔特·维特里希“发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法” (一)蛋白质晶体结构X-衍射分析 摸索蛋白质结晶条件、快速处理晶体结构数据和减少差错是目前蛋白质晶体结构分析的两大难题或瓶颈。 是目前分辨率最高的结构测定方法,高通量晶体结构分析中的几大重要环节是:数据处理与分析、重原子的定位、密度修饰、分子替换、图形整合、模型加工和确认。 晶体结构分析的常用软件有SOLVE,RESOLVE等。 (二)核磁共振波谱分析 利用核磁共振原理,检测分子质量小于60kμ的蛋白质,通过对其核磁共振谱线特征参数的测定来分析蛋白质的结构与性质,就是将原始资料利用傅里叶变换转换为不同的峰值,然后采集各种不同的峰组成图谱,并利用生物信息学方法筛选出具有特定结构特征的图谱。 常用NMRPipe和SPARKY软件处理这些过程,使用XEASY,DYANA和GARANT等软件分析侧链或骨架结构。 与X-衍射晶体分析技术相比较,NMR技术在蛋白质结构测定的速度上、和研究的对象上都存在一定的限制,成本太高,步骤繁多。但其无需制备晶体标本,可在溶液中直接测定,也可进行固相测定,因此利用NMR法使得某些无法获得晶体结构的蛋白质或非液相蛋白质(如膜蛋白)的结构测定成为可能。相对而言,NMR技术更适合小分子质量以及水溶性较好培养晶体困难的蛋白质结构的分析,对于蛋白质折叠、局部动力学或构象分析、蛋白-蛋白相互作用,NMR更体现其优越性。 X-衍射晶体分析技术和NMR技术的比较 (三)冷冻电子显微镜技术 采用高压快速液氮冷冻方法使样品包埋在玻璃态的水环境中,使我们能够观察到生物大分子在天然状态下的结构;同时冷冻的速度极快,把细胞在其生理活动的某些特定时刻固定下来,显示此时的结构特点,进而可通过不同功能状态的瞬时构象变化来研究生物分子的功能。冷冻电镜获得的是处于天然状态下未经染色的分子的二维投影像。将样品进行不同角度的倾斜所获得的数据进行综合分析,并依据样品的不同特性使用不同的重构技术获得分子的结构,在此基础上观察多种成分的图像变化,追踪生物大分子的装配及其动力学过程。 由冷冻电镜技术所获得的蛋白质三维结构与X射线晶体技术非常相似,而且其信噪比非常低,并适合于内在膜蛋白的分析。其独特优势为:可以用不同的方法对均一的(如膜蛋白的二维晶体,二十面体对称的病毒等对称结构)和不均一的(如核糖体等)样品进行三维结构重构,同时,冷冻电子显微镜是唯一的能研究小到蛋白质、蛋白质复合物,大到细胞器甚至整个细胞的方法 。 冷冻电子显微镜技术与X衍射晶体结构分析方法比较 以人类泪液载脂蛋白为例,具体介绍下其在PDB

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