蛋白质空间结构测定

大量生物体内存在的蛋白质空间结构的解析，对于研究蛋白质结构与功能的内在关系至关重要，也为蛋白质或多肽药物的结构改造从而增强作用减弱不良反应提供了理论依据。由于蛋白质的空间结构十分复杂，因而其测定的难度也较大。随着结构生物学的发展，蛋白质二级结构和三维空间结构的测定也已普遍开展。

通常采用圆二色光谱（circular dichroism，CD）测定溶液状态下的蛋白质二级结构含量。CD谱对二级结构非常敏感，α－螺旋的CD峰有222nm处的负峰、208nm处的负峰和198nm处的正峰3个成分；而β－折叠的CD谱不很固定。此法测定含α－螺旋较多的蛋白质，所得结果更为准确。

X线衍射法（X－ray diffraction）和核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）是研究蛋白质三维空间结构最准确的方法。通常采用的X线衍射法，首先将蛋白质制备成晶体。迄今为止，并非所有纯化蛋白质都能制备成满意的能供三维结构分析的晶体。例如糖蛋白，由于蛋白质分子中糖基化位点和某些位点的糖链结构存在不均一性，较难获得糖蛋白晶体。X线射至蛋白质晶体上，可产生不同方向的衍射，X线片则接受衍射光束，形成衍射图。这种衍射图也即X线穿过晶体的一系列平行剖面所表示的电子密度图。然后借助计算机绘制出三维空间的电子密度图。如一个肌红蛋白的衍射图有25 000个斑点，通过对这些斑点的位置、强度进行计算，已得出其空间结构。此外，近年建立的二维NMR技术已用于测定蛋白质三维空间结构。

由于蛋白质一级结构是空间结构的基础，通过直接的蛋白质测序或核酸测序，已获得几十万条蛋白质序列，其中仅7 000条来自于X线衍射和NMR分析。近年来根据蛋白质的氨基酸序列预测其三维空间结构，受到科学家的关注。目前有几种蛋白质结构预测方法。

（1）同源模建：将待研究的序列与已知结构的同源蛋白质序列对齐——补偿氨基酸替补、插入和缺失——通过模建和能量优化计算，产生目标序列的三维结构。序列相似性越高，预测的模型也越准确。

（2）折叠识别：通过预测二级结构、预测折叠方式和参考其他蛋白质的空间结构，从而产生目标序列的三维结构。

（3）从无到有：根据单个氨基酸形成二级结构的倾向，加上各种作用力力场信息，直接产生目标序列的三维结构。同源建模目前被认为是最精确的方法。同源性＞50％时，结果比较可靠；同源性在30％～50％之间，则需要参考其他蛋白质的信息；同源性＜30％时，人们一般采用折叠识别方法。同源性更小时，从无到有法更有效。