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结构基因组学与蛋白质核磁共振(nmr)光谱
结构基因组学与蛋白质核磁共振(NMR)光谱
第19卷第3期
2006年5月
重庆教育学院学报
JournalofChongqingCollegeofEducation
VoI.19NO.3
May,2006
结构基因组学与蛋白质核磁共振(NMR)光谱
李宏,姜怀春
(1重庆教育学院生命科学与化学系,重庆400067;2最庆工商大学学报编辑部,重庆400067)
摘要:阐述了核磁共振光谱在蛋白质结构基园组学研究中的重要作用.包括核碰共振光谱在结构基因组学研究
中的优点和缺点.研究技术进展和展望.
关键词:核磁共振;光谱;蛋白质;结构基因组学;高流量方法
中图分类号:X502文献标识码:A文章编号:l008—6390(2006)03—0025一o3
蛋白质核磁共振(NMR)光谱完善了结构基因
组学研究中的X一射线晶体衍射分析,一些不能用
X一射线晶体衍射分析方法检测的蛋白质结构,可以
用NMR来检测.NMR和X一射线晶体衍射分析方法
都可以用来测定蛋白质的三维结构和蛋白质的生物
化学和物理化学功能….
结构基因组学包括测定,分析和传播自然界中
所有蛋白质和RNA分子的三维结构,为结构生物
学,功能基因组学和生物信息学研究提供了新的机
会.结构基因组学研究需要大规模结构测定和通过
高流量建模(high—throughputmodeling)来扩增这些
数据[“.普遍认为X一射线晶体衍射使用同步辐射
(synchrotronradiation)和多波长反常色散(multi.
wavelengthanomalousdispersion)来测定晶体结构将
在基因组规模的结构分析中起重要作用.溶液状态
的NMRfsolutionstateNMR)将在后基因组分析中起
补充作用.特别是在以下三种情况下:
(i)不能提供晶体衍射分析研究的蛋白质晶体
的蛋白质:
(ii)15%一20%的新蛋白质的结构是用NMR方
法测定的:
(iii)序列专一性共振分配(sequence~specific
resonanceassignment)为研究蛋白质不同的功能和
性质提供了基础[.
1基因组蛋白质的结构测定和结构预测
X射线衍射和NMR是蛋白质结构测定的两大
互补方法,在进行三维结构测定之前,要使用质谱,
圆二色,一维NMR,光散射等手段评估样品是否适
合三维结构测定.近年来生物大分子X射线晶体学
的研究进展快速,给大量确定未知蛋白质的结构创
造了良好的条件.蛋白质结晶一直是X射线晶体学
中的瓶颈.目前,新型的机器人结晶装置每天可以
进行大于100000次的尝试,高流量的蛋白质结晶
已经成为可能.而且蛋白质晶体收集和转移的条件
也已大大改善,晶体放置,观测,数据收集等的自动
化程度也越来越高.NMR在结构测定中是X射线
方法的重要补充,大部分蛋白质的三维结构可以通
过建模来确定,目前建立蛋白质结构模型的方法有
三种:从头计算(abinitio)法,比较建模(compara.
tivemodeling)法和折叠识~lj(foldrecognition)法[2_3].
2NMR在结构基因组学研究中的优点和缺
点
溶液状态NMR分析方法的几个优点使NMR
特别适合结构功能分析和结构基因组学研究,用
NMR对蛋白质结构分析并不需要蛋白质晶体.蛋白
质数据库中有75%的NMR结构没有相应的品体结
构,这些蛋白质中有许多不能提供衍射质量的晶体
(diffractionqualitycrysta1).然而,NMR研究可以在
水溶液中进行,在这种水溶液中,蛋白质可以行使正
常功能.这个特点允许比较蛋白质行使正常功能的
收稿日期:2006--02—15
作者简介:李宏(1963一),女,重庆市人,重庆教-g学院生命科学与化学系,副教授,主要从事微生物学研究.
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25?
不同的微妙条件来研究蛋白质结构与功能的关系.
例如,pH滴定数据(pHtitrationdata)可以被用来测
定蛋白质中特殊的离子化基团的pKa值和检测相
应的结构与功能的关系.但是,大多数晶体结构是生
理相关的条件下测定的,在许多情况下,结品需要加
入外来溶液(exoticsolution)H].
用NMR测定的蛋白质结构的精确度决定于可
以得到的蛋白质数据的程度和质量.最高精确度的
NMR结构的质量与2.0—2.5A.的X一射线晶体衍射
结构的精确度差不多,虽然在高分辨晶体衍射测定
的结构中,原子的位置比相应的NMR结构的精确
度要高,但是结晶过程可能在溶液条件下选择构象
异构体(conformer)的亚类(subset)….例如,高质量
的NMR结构测定的主链大分子和重原子(不包括
表面侧链)的均方根偏差(rootmeansquaredevia—
tion)分别是0.3—0.6A.和0.5—0.8
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