5 Protein infrared spectroscopy
蛋白质红外光谱学
Infrared spectroscopy is based on the infrared absorption of molecules and is, compared with crystallography, a relatively simple and inexpensive tool for the global characterization of molecular conformations and conformational changes of proteins and other biomolecules.
红外光谱法是基于分子的红外吸收，与晶体学相比，它是一个相对简单和便宜的工具，用于总体描述蛋白质及其它生物大分子的分子构象和构象变化。
Depending on the measurement technique, scanning infrared (IR) spectrometers, Fourier transform infrared (FTIR) spectrometers, and single wavelength infrared apparatuses are distinguished (see Sect. 5.1).
根据测量方法，扫描红外光谱仪，傅里叶变换红外光谱仪，和单波长的红外装置被区分开来（见5.1节）。
Typically the most interesting spectral region for biomolecules is ν equals four hundred to four thousand reciprocal centimeter, where the wavenumber, ν, is defined as ν is identical to one over wavelength.
对于生物分子，典型地最令人关注的光谱区间是v = 400 - 4000 cm-1,这里的波数，v 被定义为：v 恒等于波长的倒数。
Infrared activity requires a change of dipole moment upon excitation (Fig. 5.1).
红外活性振动需要一个受激发的偶极矩的变化（如图 5.1）。
Fig. 5.1 Example of infra-red active and non-active vibrations.
图5.1 红外活性和非活性振动的例子。
Note that infra-red activity requires a change of dipole moment
注意，红外活性振动需要一个偶极矩的变化。
（图中的箭头表示振动方向。分子的振动形式可以分为两大类：伸缩振动和弯曲振动。伸缩振动是指原子沿键轴方向的往复运动，振动过程中键长发生变化。弯曲振动是指原子垂直于化学键方向的振动。可以看到，下图表示红外非活性振动，由于是对称伸缩振动，分子中各个共价键偶极矩的矢量和不变，所以无法产生红外吸收光谱。）
For proteins the amide chromophore absorption in the region of one thousand five hundred reciprocal centimeter to one thousand seven hundred reciprocal centimeter ( approximately equals six micrometers wavelength ) is particularly important for the assessment of secondary structure content and structural changes.
对蛋白质而言，氨基生色团的吸收光谱大约在1500 cm-1 - 1700 cm-1附近（≈ 6 μm 波长）
对于评估蛋白质的二级结构及其结构变化是特别重要的。
Regarding the resolution of protein secondary structure, the information content of IR and FTIR spectroscopy is comparable with that of circular dichroism , and regarding the resolution of features of the tertiary structure of proteins, IR and FTIR are often inferior, and yet IR is much easier to apply on a fast time scale and for remote sensing.
关于蛋白质二级结构的分辨率，红外和傅里叶红外光谱的信息内容与圆二色谱不相上下，而关于蛋白质三级结构特征的分辨率，红外和傅里叶红外光谱往往就稍逊一筹了，不过，红外光谱运用在快速时间尺度和遥感方面则容易得多。
5.1 Spectrometers and devices
光谱仪及其装置
5.1.1 Scanning infrared spectrometers
扫描式红外光谱仪
Early IR spectrometers (Fig. 5.2) were constructed similarly to scanning UV virgule VIS absorption spectrometers.
早期的红外光谱仪（如图5.2）被构造成类似于扫描式紫外可见吸收光谱仪（U ltra Violet Visible）。
Fig. 5.2 Example of a scanning infrared (IR) spectrometer.
图5.2 扫描式红外光谱仪的例子
The monochromator separates the radiation of the IR source into its different wavelengths and selects one wavelength at a time.
单色仪把红外线源的连续光分离成不同波长的单色光，并且每次选择一种波长的光。
A beam splitter separates the monochromatic beam into sample beam and reference beam. 一个分束器把单色的光束分成样本光束和参考光束。
The absorption coefficient, according to the chemical and structural properties of the sample molecules, is calculated using the detected intensity quotient between both beams, the path length, and the sample concentration
吸收系数，是按照样本分子的化学和结构特性，利用检测到的两种光束的强度比值、路径
长度以及样本浓度计算出来的。
The emission of the source, for example, a thermal source operated at one thousand degrees, is passed through a monochromator selecting a single wavelength.
发射源，例如，一个被控制在1000℃的热源，是通过一个选择某种单一波长的单色仪而发出的。The monochromatic beam is split into two beams – one having the sample in the path.
这种单色光被分离成两束光，其中一束光的路径上有样本。
A shutter passes through only one of the two beams at a time.
一块可移动的快门一次只让两束光中的其中一束通过。
Both beams are alternatingly detected by an IR detector, for example, a pyroelectric detector, and compared with each other.
这两束光依次被一个红外探测器如热释电探测器检测，并与另外一束光作比较。
The optical density of the sample is calculated from the logarithm of the intensity quotient.
样本的光密度是由两束光的强度之比再取对数计算得到的。
The use of light modulation is quite indispensable since the problem of background radiation is much more severe than in UV/VIS spectrometers.
光束调制的运用是绝对必要的，因为背景辐射问题比在紫外可见光谱仪中要严重得多。
（背景辐射的波长一般是7.35 cm，更靠近红外线波段，与紫外线波段要远一些。）
Spectra are recorded by scanning the wavelength region of interest.
通过扫描那些感兴趣的波长范围而将光谱记录下来。
This scanning principle of operation is still widely used in IR spectrometers with time resolutions in the femtosecond to nanosecond region, where infrared lasers serve as IR source
这种扫描的操作原理仍然被广泛的运用于红外光谱仪，其时间分辨率在飞秒到纳秒范围内，由红外激光作为红外源。
5.1.2 Fourier transform infrared (FTIR) spectrometers
傅里叶变换红外光谱仪
FTIR spectrometers (Figs. 5.3–5.7) use the technique of Michelson interferometry and have the advantage of using a larger part of the emission of the IR source during the measurement of a spectrum, compared with scanning IR spectrometers that are based on monochromators which select only one wavelength at a time.
傅里叶变换红外光谱仪（图5.3–5.7）运用迈克逊干涉度量学技术，在光谱测量时，与基于一次只选择一个波长的单色光的扫描式红外光谱仪相比，它的优势是。
The better usage of radiation improves the inherent signal-to-noise ratio, especially for strongly absorbing samples for which the measurement may be photon shot noise limited.
辐射的更好的使用改善了固有的信噪比，特别对于强吸收样本的测量可以是光子散射嗓声限制。Also the spectral resolution of FTIR spectrometers, which is limited by the path length of the moving mirror, is often better than that of scanning IR spectrometers.
并且FTIR光谱仪的光谱分辨率被动镜的路径长度所限制，通常比扫描式红外光谱仪更好。In FTIR spectrometers (Fig. 5.3) the beam of radiation from the IR source is focused on a beam splitter constructed such that half the beam is transmitted to a moving mirror and the other half is reflected to a fixed mirror.
在FTIR 光谱仪（图5.3）中，从红外源发出的辐射光束被聚集于一个分束器上，这个分束器将一半光束透射到一个动镜上，而将另一半光束反射到一个定镜上。
Both the moving mirror and the fixed mirror reflect the beam back to the beam splitter which reflects the half of both beams to the detector where they interfere according to their phase difference.
动镜和定镜都将光束反射回分束器，而分束器又将其两束返回光各自的一半，反射到探测器中，在那里，它们按照它们相位的不同而产生干涉。
The light intensity variation with optical path difference, called interferogram, is the Fourier transform of the incident light spectrum (light intensity as a function of the wavenumber).
随着光程的不同的光强变化，叫作干涉图，是入射光谱的傅里叶变换（光强作为波数的函数）。Absorption spectra are obtained by measuring interferograms with a sample and with an empty sample cell in the beam and inverse Fourier transforming the interferograms into spectra (Figs.
5.4–5.6).
吸收光谱的获得是通过测量光束中的一个样本与一个空样品池形成的干涉图，然后把这个干涉图作逆的傅里叶变换，就得到光谱了（图5.4-5.6）。
Fig. 5.3 Typical design of FTIR spectrometers.
图5.3 典型的FTIR 光谱仪的设计。
The lamp, e.g., a thermal source, emits a beam of infrared radiation.
光源，例如，一个热源，发射一束红外辐射光束。
A Michelson interferometer, consisting of a beam splitter, a fixed mirror and a moving mirror, splits the beam into two beams and generates an interference of them.
一台迈克逊干涉仪，由一个分束器、一个定镜和一个动镜组成，把一束光分离成两束，并使之产生干涉。
The sample inserted in one of the beam paths changes the interference.
被插入到其中一条光程中的样本会改变干涉。
Interferograms with and without sample are recorded and the absorption of the sample is calculated by inverse Fourier transform (see Fig. 5.6)
有样本和没有样本的干涉图被记录下来，然后样本的吸收率通过逆的傅里叶变换被计算出来。（见图5.6）
Fig. 5.4 shows three examples of interference of the two monochromatic light beams of the interferometer resulting in different intensities of the interferogram.
图5.4显示了三种干涉仪的两个单色光束相干的例子引起的干涉图样的不同强度。Equation 5.1 describes the intensity of the interferogram, I interferogram, for the interference of two polychromatic beams of equal intensity in the FTIR spectrometer:
公式5.1描述了干涉的强度，I ，关于在FTIR 光谱仪中强度相等的两个多色光束的干涉：
I interferogram δ equals const multiplied by the integral from zero to infinity I beam v cos 2 πδv d v, where δ is the phase difference of the two beams, const a constant, I beam the intensity of the beams, and v the wavenumber.
这里的δ是两个光束的不同的相位，const 是一个常数，I beam是光强，v 是波数。
From the interferogram, the intensity of the beams can be calculated by inverse Fourier transform:
从这个干涉图，光强可以通过逆的傅里叶变换被计算出来。
I beam v equals const multiplied by the integral from negative infinity to positive infinity I
δ cos 2 πδv dδ
interferogram
Analogously, the intensity of the beam with the sample in the path is calculated from the corresponding interferogram.
类似地，路径中的样本的光强可以通过相应的干涉图被计算出来。
The absorption is given by the logarithm of the intensity quotient of blank to sample.
吸光率是由空白光强度与透射过样本的光强度的商取对数得出的。
Fig. 5.4 Interference of two monochromatic light waves with equal intensity.
图5.4 两列强度相等的单色光波的干涉
Top: both beams have the same phase; their interference yields the maximum of the interferogram, i.e., the sum of both intensities.
顶图：两个光束有相同的相位；它们的干涉产生了干涉图像的最大值，即，两者强度之和。
Middle: at a phase difference of λ/4, the intensity of the interferogram equals the i ntensity of the interfering beams.
中图：当相位差为四分之一波长时，干涉图像的强度就等于干涉光束的强度。
Bottom: at a phase difference of λ/2, both beams extinguish each other
底图：当相位差为二分之一波长时，两束光相消了。
Fig. 5.5 Example of an interferogram of two polychromatic light beams
图5.5 两列多色光干涉图像的例子
Fig. 5.6 Principle of operation of a FTIR spectrometer.
图5.6 傅里叶变换红外光谱仪的操作原理
IR intensities at the detector are recorded both for the sample cell filled with solvent and for the sample cell filled with sample.
红外光强度在探测器中既记录了充满溶剂的样本池也记录了充满样本的样本池。
Inverse Fourier transform of the two interferograms yields the IR intensities.
对这两个干涉图像作逆的傅里叶变换就得到了红外光强度。
The IR absorption spectrum is calculated using the logarithm of the intensity quotient
红外吸收光谱是利用光强比值取对数计算得到的。
Fig. 5.7 Sample cell for FTIR experiments.
图5.7 傅里叶实验用的样品池
The transparent walls of the cell are made from silicon wafers supplied by a manufacturer of electronic chips
单元的透明墙状物是由一块电子芯片制造商提供的硅晶片制成的
A very suitable material for the manufacture of sample cells, sample holders, and windows is silicon (Fig. 5.7).
一种非常适合制造样品池的物质，样本容器，窗户是硅（图5.7）。
Polished silicon wafers of 0.5 – 1 millimeter thickness are sufficiently transparent from 400 to 4000 reciprocal centimeters (25 – 2.5 micrometers wavelength) .
0.5 – 1 mm 厚的硅抛光片是足够透明的从400到4000 负一次方厘米( 波长25 – 2.5 微米)。Only the fragility and the high refractive index of this material might be problematical in some experimental set-ups.
然而这种物质的脆性和高折射率可能在一些实验的装置中会有问题。
Used infrared sources are often thermal sources operated at about 1000℃.
采用的红外源常常是被操控在约一千摄氏度左右的热源。
Beam splitters made from a thin germanium film evaporated on a potassium bromide (KBr) or cesium iodide (CsI) slide are transparent down to about 400 reciprocal centimeters (25 micrometers wavelength) and 200 reciprocal centimeters (50 micrometers wavelength), respectively.
由一块薄锗片蒸镀溴化钾或碘化铯滑片制成的分束器，其透明度可分别低至大约400负一次方厘米（25微米波长）和200负一次方厘米（50微米波长）。
Liquid nitrogen cooled mercury cadmium telluride (MCT) detectors and deuterated triglycine sulfate (DTGS) pyroelectric detectors are frequently applied for infrared detection.
液氮制冷型碲化汞-碲化镉探测器和氘化硫酸三甘肽热释电探测器经常被应用于红外探
测器上。
For an excellent introduction into the instrumentation of FTIR spectroscopy see Perkins, nineteen eighty six.
关于傅立叶光谱仪器的一个很好的介绍见珀金斯，1986年。
5.1.3 LIDAR, optical coherence tomography, attenuated total reflection and IR microscopes 5.1.3 激光雷达，光学相干断层扫描，衰减全反射红外显微镜
IR spectroscopy is exquisitely suitable for remote sensing of clouds of biological agents (Fig. 5.8).
红外光谱完美的适用于生物制剂的云遥感（图5.8）。
Fig. 5.8 Remote sensing of environmental changes, e.g., a cloud of biological material, with an IR LIDAR (light detection and ranging; measurement of light backscatter)
图5.8 环境变化遥感，例如，一个生物材料云，和一个红外激光雷达（光探测和测距；背散射光的测量）
The IR LIDAR set-up consists of a pulsed IR laser and an IR detector which senses the backscattered light from the laser.
这种红外激光雷达设备由一个脉冲的红外激光和检测激光的背散射光线的红外探测器
组成。
Since the light travels extremely fast, the detector senses the return echo before the next pulse is sent.
由于光线传播极快，探测器在下一个脉冲发射之前就可检测到回波。
The time it takes for the laser pulse to travel down and back is a measure of the distance.
激光脉冲传播一个来回的时间正是距离的度量。
Mobile commercial LIDAR systems quite often employ an integrated global positioning system (GPS) to determine the own position.
移动商用激光雷达系统经常采用综合全球定位系统（GPS）来测定自己的位置。
Equipped, e.g., with an optical modulator which rapidly changes the direction of the beam, and mounted on top of a roof, the IR LIDAR can scan the three hundred and sixty degrees
environment at distances of 0 to several 10 kilometers.
例如，装备一个光调制器来快速改变光束方向，并且将它安装到屋顶的最高点，红外激光雷达就能在0到几十公里的距离上扫描360度的周围环境。
This method has importance, for example, for early warning systems of smog in large cities and for three-dimensional analysis of forest structure and terrain (Fig. 5.9).
这种方法，对于，例如大城市烟雾的早期预警系统和森林结构和地形的三维分析很重要（图5.9）。
Remote sensing of changes in forest structure utilizes the information of time and intensity of multiple reflections from leaves and branches.
遥感技术在森林结构的变化方面是利用了从枝和叶返回的多种反射光的时间和强度的信息。
Effects of environmental pollutants and pests are quickly detectable in vast areas and economic damage is largely reducible.
环境污染物质和害虫的影响在广阔的区域可快速被检测到，经济损失大大降低。
Fig. 5.9 Remote survey of forest structure and terrain with IR LIDAR technology.
图5.9 用红外激光雷达技术远程勘察森林的结构和地形
The plane is equipped with a GPS and an inertial measurement unit (IMU).
飞机上装备了GPS和惯性测量单元IMU。
The latter contains several gyroscopes and an accelerometer and can determine the position and angle of tilt with some accuracy during periods of failure of the GPS
后者包含几个回转器陀螺仪和一个加速度计，当GPS失灵的时候，能够以一定的准确性测定位置和倾斜角度。
Another important variant of IR spectroscopy on biological samples is optical coherence tomography (OCT).
另一种重要的不同的红外光谱学，用于生物样本上的，是光学相干断层成像技术（OCT）。
OCT (Figs. 5.10 and 5.11) utilizes echoes of infrared light waves backscattered off the internal microstructures within biological objects to obtain images on a micrometer scale.
OCT （图5.10 和5.11）利用在生物对象内部的微观结构上的红外光波背散射的回波，来获得微米尺度的图像。
In the design of Fig. 5.10, IR radiation backscattered from the sample is interfered with a reference beam.
在图5.10的设计中，从样本发出的红外辐射的背散射光与一束参考光束相干。
Light from a scattering layer in the sample with a certain depth has the same phase as the reference beam and thus interferes constructively, i.e., produces a high interference intensity. 从样本中目标深度的一个散射层发出的光束与参考光束有同样的相位，因此构成了相干，即，产生了一个高的干涉强度。
Light from slightly deeper or shallower scattering layers cause a lower interference intensity.
从稍微深一点或者浅一点的层面发出的光束产生一个略低的干涉强度。
By modulating the phase of the reference beam and detecting the interference intensity with a lock-in amplifier, the signals from layers with different depths are extracted from the interference intensity.
通过调节参考光束的相位，并用一个锁相放大器来检测干涉强度，从不同深度层面返回的信号从干涉强度中被析取。
Fig. 5.10 Optical coherence tomography (OCT).
图5.10 光学相干断层成像（OCT）
The IR light from a light emitting diode is split into reference and probe beams.
从一个发光二级管中发出的红外光束被分成参考光束和探测光束。
Light of the probe beam reflected from the sample is interfered with light of the reference beam, and the interference is detected by the photodiode.
从样本中被反射来的探测光束发出的光与参考光束发出的光相干涉，这个干涉被光电二极管所检测到。
The path length of the reference beam is modulated by stretching an optical fiber with a piezoelectric transducer.
参考光束的路程长度通过一个压电转换器拉伸光纤来调节。
Light from the sample which has traveled the same distance as the reference beam interferes constructively.
从样本发出的光，和参考光束一样，传播了相同的距离，构造成了相干。
Its signal is extracted from the interference intensity by a lock-in amplifier
它的信号被从一个锁相放大器从干涉强度中萃取出来。
Fig. 5.11 depicts a second design variant of optical coherence tomography
图5.11 描述了一个不同于光学相干断层成像的第二种设计
Here the information on depth is gained by analyzing the spectrum of the backscattered light. 这里，深度的信息是由分析背散射光的光谱而获得的。
Fig. 5.11 Spectral domain optical coherence tomography (SDOCT)
图5.11 频域光学层析成像
Polychromatic backscattered light from different depths interferes with polychromatic light of a reference beam.
从不同深度返回的多色光的背散射光与一个参考光束的多色光相干。
The interference of the beams is analyzed with a polychromator and a multichannel detector. 光束的干涉用一个多色仪和一个多通道探测器来分析。
From the spectral changes due to interference, information about the depth of the scattering layer is obtained
从因干涉而造成的光谱的变化中，散射层的深度的信息被获取。
The next IR spectroscopic technique to be mentioned is attenuated total reflection (ATR) infrared spectroscopy.
下一个被提及的红外光谱技术是衰减全反射（ATR）红外光谱学。
Here the coefficient of internal total reflection of an IR beam in a waveguide is changed by a sample deposited on the surface of the waveguide.
这里，在波导管中的红外光束的内部全反射系数是通过一块被放置在波导管表面的样本来改变的。
An advantage of ATR on thin layered samples is the dramatic increase of the effective
optical path-length and sensitivity through multiple reflections compared with conventional transmission spectroscopy on such a sample.
ATR的优势是：与传统的透射光谱法使用的样品相比较，在薄的分层的样品中，通过多次反射，有效光程长和灵敏度显著增长了。
Fig. 5.12 Flow cell for attenuated total reflection (ATR) infrared spectroscopy.
图5.12 衰减全反射（ATR）红外光谱的流池
The internally total-reflected light slightly leaves the waveguide and so can probe the sample molecules on the outside of the waveguide.
内部的全反射光稍微离开波导管因此可以探测波导管外部的样本分子。
The part of the light wave which leaves the waveguide at the total reflection points is
called evanescent wave.
光波的一部分在全反射点离开波导管被称作为消逝波。
Only very little sample is needed.
只需要很少的样本。
Using a large number of reflections can lead to a more than 100-fold
amplification of the measured signal
利用多次的反射能够导致被测信号的放大超过100倍。
Fig. 5.13 Attenuated total reflection (ATR) infrared spectroscopy on membrane proteins
图5.13 衰减全反射（ATR）红外光谱在膜蛋白上
Fig. 5.14 Scanning IR microscope.
图5.14 扫描式红外显微镜
The focussed beam from an IR laser is passed through the sample and detected.
一个红外激光束被聚焦后通过样本并被检测。
Left: simple microscope with planar resolution, especially suitable for thin layer samples.
左图：平面分辨率的简单显微镜，特别适合薄层样品。
Right: microscope with three-dimensional resolution: for acquisition of the image, the sample is moved in xyz-directions
右图：三维分辨率的显微镜：为了获得图像，样本被在xyz 三个方向上移动。
Because of the significantly lower scattering of IR light relative to light of shorter
wavelength, IR microscopes (Fig. 5.14) enable the inspection of most strongly scattering samples.
由于相对于更短的波长的光，红外光的显著地低散射，红外显微镜（图5.14）能检查大多数强散射样本。
Computer aided image processing allows two or three dimensional resolution.
计算机辅助图像处理允许二维或三维分辨率。
More complicated microscopes may utilize step-scan
interferometry for photoacoustic depth profiling,
monochromator s for spectral analysis and
polarizer s or analyzer s for linear dichroism (LD) analysis. 更复杂的显微镜可以利用步进扫描干涉度量学进行光声的深度剖析，利用单色仪进行光谱分析和偏光器或分析器进行线性二向色性的分析。
5.2 Applications
5.2 应用
One of the biophysical main applications of FTIR is the characterization of the structure and
conformational changes of proteins , of peptide s and of DNA.
傅里叶变换红外光谱在生物物理上的主要应用之一是研究蛋白质、肽类和DNA的构象变化及结构特征。
In some cases, interactions were resolved at the level of individual amino acid
residue s.
在某些情况下，相互作用被分解为单独的氨基酸残基的级别。
Isotope-edited FTIR is particularly useful for the structural characterization
of specific macromolecular regions (Fig. 5.15): e.g., the three
phosphate stretching vibrations of the phosphate calcium ATPase complex were detected at a background of fifty thousand protein
vibrations in an isotope exchange experiment.
同位素校订傅里叶变换红外光谱仪专门用于特殊大分子区域的结构特征：例如，三磷酸的磷酸钙腺苷三磷酸酶复合物的伸缩振动是在一个同位素交换实验中五万个蛋白质振动背景下被检测到的。
Time-resolved step-scan FTIR spectroscopy enables the monitoring of conformational changes of proteins in the microsecond time scale.
时间分辨步进扫描傅里叶变换红外扫描光谱仪能够监测在微秒时间尺度上的蛋白质的
构象变换。
FTIR spectroscopy allowed to map out the nucleotide binding site of calcium ATPase.
傅里叶变换红外扫描光谱仪允许制定钙ATP 酶的碱基的结合位点。
IR and FTIR spectroscopy are two of the only few methods suitable to monitor conformational changes of proteins under high pressure
红外和傅里叶变换红外光谱仪是只有少数方法中的两种，适用于监测在高压下蛋白质构象变换。
FTIR spectroscopy on bacterio-rhodopsin revealed a pre-melting conformational transition at eighty (80) degrees.
在80摄氏度时，细菌视紫红质在傅里叶红外变换光谱仪上显示了一个预熔的构象变化。
FTIR is also suitable to investigate the structure and hydration shell of protein molecules in organic solvents.
傅里叶变换红外光谱仪也适合于研究有机溶剂中的蛋白质分子的结构和水化壳。Further, IR and FTIR spectroscopy was used for the characterization of
irradiated starch es, and the determination of dihedral
angles of tripeptide s.
此外，红外和傅里叶变换红外光谱仪被用于研究辐照淀粉的特征和三肽的二面角的测定。
Molecular changes of preclinical scrapie can be detected by IR spectroscopy.
潜伏期的羊痒病的分子变化能够被红外光谱检测出来。
FTIR spectroscopy can serve as an optical nose for predicting odor sensation and for chemical analysis of drinks.
傅里叶变换红外光谱仪能充当一种光学的鼻子来预测气味的感觉和饮料的化学分析。
FTIR microscopy at a spatial resolution of eighteen micron resolved single cells.
傅里叶变换红外光谱仪在18 微米的空间分辨率上分辨单个细胞。
IR spectroscopy is also a tool for discrimination between different strains or types of cells.
红外光谱仪也是一个用于辨别不同的品种或细胞的类型的工具。
Fig. 5.15 Isotope-edited FTIR spectroscopy
图5.15 同位素校订傅里叶变换红外光谱仪
Since the spectrum of the isotope-labeled part of the protein molecule is significantly shifted, it
can be distinguished from the spectrum of the non-labeled part.
由于蛋白质分子的同位素标记部分的光谱有显著地移动，所以它能够被从未标记部分的光谱区别开来。
A change of the protein IR spectrum upon binding of the substrate to the protein shows which part of the molecule the substrate binds to.
一个基质与蛋白质结合的蛋白质红外光谱的变化显示出与分子基质结合的部分。
In this example, the magnitude of a peak in the spectrum of the isotope labeled part of the protein has changed upon binding of the substrate.
在这个例子中，蛋白质的同位素标记部分的光谱的峰值的大小在基质的结合后已改变。
This shows that the substrate binds to the labeled part of the enzyme
这显示出基质结合在酶的被标记部分。
Fig. 5.16 Apparatus to monitor protein unfolding under high pressure with IR.
图5.16 用红外光谱仪监测在高压下蛋白质解折叠的装置
Since the volume of unfolded protein is less than that of folded protein, high pressure favors transition to the unfolded state
由于未折叠的蛋白质的体积小于已折叠的蛋白质的体积，高压促使它向未折叠的态上转变。
Fig. 5.17 Protein molecule in organic solvent: only a few strongly bound water molecules remain attached to the protein molecule
图5.17 蛋白质分子在有机溶剂中：只有少数强结合水分子保持附着在蛋白质分子上
Fig. 5.18 shows an example for the decomposition of a FTIR spectrum of a protein into the
components corresponding to helical, sheet-like and random coil-like
(non-regular) structures, respectively.
图5.18显示了一个例子，是关于蛋白质光谱的傅里叶变换红外光谱的组分，分别对应于螺旋状、片状、和随机线圈状（无规则）结构。
Such decompositions can be calculated, e.g., by fitting a linear combination of the base spectra for the secondary structure components to the measured spectrum.
这种分解能够被计算得出，例如，为二级结构组分和测量光谱拟合一个基谱的线性的结合。Fig. 5.18 Decomposition of a FTIR spectrum into three components corresponding to helical structure, sheets and non-regular structure, respectively.
图5.18 分解傅里叶变换红外光谱为三个分别相应的组分：螺旋状、片状、和无规则结构。Percentages of structure content and structural changes, e.g., due to protein
[di?neit???rei??n] denaturation, are quantifiable
结构含量的百分比和结构变化，例如，由于蛋白质变性，是可计量的。
Fig. 5.19 illustrates the amazing sensitivity of FTIR spectroscopy.
图5.19 显示了傅里叶变换红外光谱令人惊异的灵敏度
The sample was only two monolayer s of a protein.
样本是只一个蛋白质的两个单层。
Since at very low sample absorbances it is quite difficult to avoid the sharp lines of water-vapor absorption, these measurements were taken in
a nitrogen-filled chamber at two different, very low concentrations of water, and later the water spectrum was subtracted.
由于在非常低的样本吸收率下，要避免水蒸汽的锐利的线条相当困难的，这些测量是在一个充满氮气的室内，在两种不同的，非常低的水浓度中的进行的，并且后来水光谱被减去了。
With this procedure, average artifact and noise levels were reduced to less than
0.00003 absorbance units.
用这个办法，平均人工干扰和嗓声水平减少到低于0.00003吸光度单位。
Fig. 5.19 FTIR spectrum of a single molecular monolayer of A126C sperm whale
Myoglobin.
图5.19 A126C 抹香鲸肌红蛋白的一个单独的单分子层的傅里叶变换红外光谱
The peaks around one thousand six hundred and sixty (1660)
reciprocal centimeter and one thousand five hundred and thirty (1530) reciprocal centimeter correspond to the amide I and amide II bands, respectively.
在1660负一次方厘米和1530负一次方厘米左右的峰值分别对应于酰胺一带和酰胺二带。The spectrum was acquired with a BioRad FTIR spectrophotometer equipped with a TGS detector
光谱是由一台装备硫酸三甘肽探测器的BioRad 傅里叶变换红外分光光度仪获得的。
第四章蛋白质纤维 §4.1蛋白质纤维的一般知识 蛋白质纤维：指基本组成物质为蛋白质的一类纤维。 毛：羊毛、驼毛、兔毛、马毛 天然蛋白质纤维蚕丝：桑蚕丝，柞蚕丝 蛋白质纤维再生蛋白质纤维大豆纤维，牛奶纤维 一蛋白质的组成及结构 属于高分子化合物，结构十分复杂，蛋白质又称朊，是构成生命最原始最基础的物质，羊毛的主要成分是：角朊（角质），丝的主要成分是丝朊（丝素）。 1 元素组成主要元素：碳、氢、氧、氮，还有少量硫磷、铁 2 氨基酸组成蛋白质的基本组成为氨基酸，主要为α－氨基酸， 结构通式： H2N—CH2—COOH R 3 分子结构 蛋白质分子是氨基酸彼此通过氨基和羧基脱水缩合，以酰胺键（即肽键－CO－NH－）联接而成的大分子。 酰胺键又称为肽键，由肽键相连接的缩氨酸叫做肽。 R 蛋白质大分子链为多肽链，又称为多缩氨酸链，是由基团—NH—CH—CO—重复连接而成。 分子之间的作用力：氢键、盐式键、二硫键 二蛋白质的两性性质 蛋白质分子中既含有氨基又含有羧基，因而具有酸性又具有碱性，是典型的两性高分子电解质。 等电点：调节溶液中的pH值，当蛋白质所带的正负电荷数相等时，此时的pH值即为蛋白质的等电点。 羊毛等电点：4.2～4.8 蚕丝等电点：3.5～5.2 在等电点时，具有特别重要的性质：蛋白质不发生电泳现象，溶解度、膨化度、粘度、渗透压、导电率等均显示最低值。
§4.2羊毛 羊毛主要指：绵羊身上剪下的毛。 羊毛的特性：弹性好，手感丰满、吸湿能力强、保暖性好，不易沾污，光泽柔和、染色性能优良，具有独特的缩绒性。 一羊毛的形态结构 原毛：从羊身上剪下来的羊毛 羊毛杂质：羊毛脂、羊汗、沙土、水分、草屑、草籽或其他植物性杂质。 羊毛脂：高级脂肪酸和高级一元醇组成的复杂的有机混合物 羊汗：有机酸盐和无机酸盐组成 羊毛可分为三个部分：毛尖、毛根、毛干。 外观：羊毛纤维具有天然卷曲、纵向呈鳞片覆盖的圆柱体， 从内至外分为三层：鳞片层（表皮层）、皮质层、髓质层 鳞片层（表皮层）：逆鳞片方向的摩擦系数大于顺鳞片方向的摩擦系数，称为 定向摩擦系数，这使羊毛具有缩绒性和毡缩性。 皮质层：羊毛的主要组成部分，决定羊毛纤维的物理性能，存在天然色素，因而有些色毛的颜色难以除去。 髓质层：由薄膜细胞组成，髓质层使纤维的强度、卷曲、弹性、染色性较差。 二羊毛的化学组成和分子结构 羊毛的主要成分：角质（角朊），由α－氨基酸缩合而成。 组成元素：碳、氢、氧、氮，还有硫 分子结构：α－氨基酸缩合而成的链状大分子 构型：α－螺旋结构 三羊毛的超分子结构（具体见P99） 由3个螺旋结构的多缩氨酸链组成基本原纤微原纤原纤束（皮质细胞） 四羊毛的机械性能 1 羊毛的线密度 羊毛纤维的直径差异很大，最细绒毛直径为7μm，最粗可达240μm 2 羊毛的长度 由于天然卷曲的存在，其长度可分为自然长度和伸直长度，国产细羊毛的长度在5.5～9 cm, 半细毛的长度在6～40cm。 3 羊毛的卷曲
蛋白翻译后修饰(齐以涛老师) 上课老师没说重点 1.蛋白的概念:由许多氨基酸通过肽键相连形成的高分子含氮化合 物。 2.蛋白后修饰概念和意义（ＰＰT4-5） 3.蛋白后修饰种类 1．切除加工 2. 糖基化 3.羟基化 4.甲基化 5．磷酸化?６．乙酰化?7．泛素化 200. … ８.类泛素化?９.…? 磷酸化修饰 １.概念: 磷酸化是通过蛋白质磷酸化激酶将ATP的磷酸基转移到蛋 白的特定位点上的过程。大部分细胞过程实际上是被可逆 的蛋白磷酸化所调控的,至少有3０%的蛋白被磷酸化修饰 2.作用位点： 丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸是主要的磷酸化氨基酸,大多数 磷酸化蛋白质都有多个磷酸化位点，并且其磷酸化位点是 可变的。
３.实例(MＡＰK途径): 分裂原活化的蛋白激酶（MAPK)、分裂原活化的蛋白激酶的激酶（MＡＰＫK)、分裂原活化的蛋白激酶的激酶之激酶(MAＰKＫK)。在真核细胞中，这3种类型的激酶构成一个MAPＫ级联系统(MAＰK casｃade），通过ＭAPＫＫK-MAPＫK－ＭAＰＫ逐级磷酸化，将外来信号级联放大并传递下去。 具体过程如下： ?MＡPKKＫ位于级联系统的最上游,能够通过胁迫信号感受器或者信号分子的受体，或者其本身就直接感受胞外信号刺激而发生磷酸化?ＭAPKKK磷酸化后变为活化状态,可以使MAＰKK磷酸化 ?ＭAPKＫ始终存在于细胞质中，MAPKK磷酸化以后通过双重磷酸化作用将ＭAＰK激活 ?MAＰK被磷酸化后有3种可能的去向: (1）停留在细胞质中,激活一系列其它的蛋白激酶 (2)在细胞质中使细胞骨架成分磷酸化 (3)进入细胞核,通过磷酸化转录因子，调控基因的表达
大豆纤维的探究及应用 院系：外语系 学号：201313060124 姓名：司淼
目录 大豆纤维 大豆纤维释义 大豆纤维简介 大豆蛋白纤维 大豆纤维纱线 大豆纤维的面料 大豆纤维染整 大豆纤维服饰 大豆纤维衣服正确洗涤方法
大豆纤维释义 1. Soy Fiber 属于膳食纤维，在减肥过程中可以产生饱足感，而减少食物的摄取，但它们会干扰其他营养素的吸收，因此不建议单独食用。 2. SB=soybean SB=soybean 大豆纤维 3. soybean fibers soybean fibers大豆纤维 大豆纤维简介 大豆蛋白纤维属于再生植物蛋白纤维类，是以榨过油的大豆豆粕为原料，利用生物工程技术，提取出豆粕中的球蛋白，通过添加功能性助剂，与腈基、羟基等高聚物接枝、共聚、共混，制成一定浓度的蛋白质纺丝液，改变蛋白质空间结构，经湿法纺丝而成. 其有着羊绒般的柔软手感，蚕丝般的柔和光泽，棉的保暖性和良好的亲肤性等优良性能，还有明显的抑菌功能，被誉为“新世纪的健康舒适纤维”。 经过工业化规模生产，大豆纤维从纺纱到织造到染整的相关生产技术均已相对成熟，其价格已从初期的每吨7万多元，降至3.5万元左右，已被下游应用企业所认可，产业链结构也逐步形成． 大豆纤维是以脱去油脂的大豆豆粕作原料，提取植物球蛋白经合成后制成的新型再生植物蛋白纤维，是由我国纺织科技工作者自主开发，并在国际上率先实现了工业化生产的高新技术，也是迄今为止我国获得的唯一完全知识产权的纤维发明。 在成为纤维之前，要从大豆中提取蛋白质与高聚物为原料，采用生物工程等高新技术处理，经湿法纺丝而成。这种单丝，细度细、比重轻、强伸度高、耐酸耐碱性强、吸湿导湿性好。有着羊绒般的柔软手感，蚕丝般的柔和光泽，棉的保暖性和良好的亲肤性等优良性能，还有明显的抑菌功能，被誉为“新世纪的健康舒适纤维”。 以50％以上的大豆纤维与羊绒混纺成高支纱，用于生产春、秋、冬季的薄型绒衫，其效果与纯羊绒一样滑糯、轻盈、柔软，能保留精纺面料的光泽和细腻感，增加滑糯手感，也是生产轻薄柔软型高级西装和大衣的理想面料。 用大豆纤维与真丝交织或与绢丝混纺制成的面料，既能保持丝绸亮泽、飘逸的特点，又能改善其悬垂性，消除产生汗渍及吸湿后贴肤的特点，是制作睡衣、衬衫、晚礼服等高档服装的理想面料。 此外，大豆纤维与亚麻等麻纤维混纺，是制作功能性内衣及夏季服装的理想面料；与棉混纺的高支纱，是制造高档衬衫、高级寝卧具的理想材料；或者加入少量氨纶，手感柔软舒适，用于制作T恤、内衣、沙滩装、休闲服、运动服、时尚女装等，极具休闲风格。 大豆蛋白纤维是由华康集团董事长李官奇先生历经十年研究开发成功，获得世界发明专利金奖，李官奇先生的这项发明为纺织业带来了一场新的革命，在纤维材料发展史上和人造
组蛋白翻译后修饰的类型 组蛋白和组蛋白翻译后修饰通过影响染色质的结构来调控基因的表达，目前已成为表观遗传学研究的焦点之一。 染色质是一系列核小体相互连接成的念珠状结构。核小体的核心是由组蛋白H2A 、H2B、H3 、H4各两个分子构成的八聚体, 在八聚体的表面缠绕有圈的双螺旋DNA。相邻的两个核小体之间由DNA连接, 称为纤丝(fiber), 在纤丝部位结合有组蛋白分子H1。在组蛋白H1存在时,核小体之间紧密接触,形成直径为10nm的纤维状结构。这就是染色体构型变化的一级结构。在染色质中, DNA 和组蛋白是染色质的稳定成分,组蛋白与DNA的含量之比接近 1∶1 。组蛋白是染色质的主要蛋白质成分,通过带正电荷的氨基末端区域与带负电荷的DNA骨架相互作用, 对基因的表达有重要调控作用。 染色体活性调控的一个重要的机制是组蛋白的可逆共价修饰，通常容易发生在组蛋白 H3和H4的N端尾部，组蛋白H2A和H2B的N和C末端，包括甲基化，乙酰化，磷酸化，ADP-核糖基化，泛素化和小分子类泛素化修饰，这些翻译后修饰可改变组蛋白与DNA之间的相互作用，影响调控复合物与染色质结合的能力及染色质重塑，进而影响着细胞的多种功能。 ⒈甲基化 组蛋白甲基化是由组蛋白甲基化转移酶（histonemethyltransferase，HMT）完成的。甲基化可发生在组蛋白的赖氨酸和精氨酸残基上，而且赖氨酸残基能够发生单、双、三甲基化，而精氨酸残基能够单、双甲基化，这些不同程度的甲基化极大地增加了组蛋白修饰和调节基因表达的复杂性。甲基化的作用位点在赖氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）的侧链N原子上。组蛋白H3的第4、9、27和36位，H4的第20位Lys，H3的第2、l7、26位及H4的第3位Arg都是甲基化的常见位点。研究表明·，组蛋白精氨酸甲基化是一种相对动态的标记，精氨酸甲基化与基因激活相关，而H3和H4精氨酸的甲基化丢失与基因沉默相关。相反，赖氨酸甲基化似乎是基因表达调控中一种较为稳定的标记。例如，H3第4位的赖氨酸残基甲基化与基因激活相关，而第9位和第27位赖氨酸甲基化与基因沉默相关。此外，H4—K20的甲基化与基因沉默相关，H3—K36和H3—K79的甲基化与基因激活有关。但应当注意的是，甲基化个数与基因沉默和激活的程度相关。 ⒉乙酰化 组蛋白乙酰化主要发生在H3、H4的N端比较保守的赖氨酸位置上，是由组蛋白乙酰转移酶和组蛋白去乙酰化酶协调进行。组蛋白乙酰化呈多样性，核小体上有多个位点可提供乙酰化位点，但特定基因部位的组蛋白乙酰化和去乙酰化是以一种非随机的、位置特异的方式进行。乙酰化可能通过对组蛋白电荷以及相互作用蛋白的影响，来调节基因转录。早期对染色质及其特征性组分进行归类划分时就有人总结指出：异染色质结构域组蛋白呈低乙酰化，常染色质结构域组蛋白呈高乙酰化。最近有研究发现，某些HAT复合物含有一些常见的转录因子，某些HDAC复合物含有已被证实的阻遏蛋白。这些发现支持了高乙酰化与激活基因表达、低乙酰化与抑制基因表达有关的看法。 3.磷酸化 组蛋白H3在有丝分裂过程中，两个丝氨酸残基Ser10和Ser28发生了磷酸化作用。Ser10磷酸化组蛋白H3首先出现在G2晚期的核周缘，Ser28磷酸化组蛋白H3紧随其后出现，两个位点的磷酸化在中期到达高峰，并扩展到染色体的所有部分。当细胞有丝分裂进入后期和末期，组蛋白H3Ser28的磷酸化逐渐消退，而组蛋白H3Ser10磷酸化的荧光信号也逐渐从染色体上消失，此时在纺锤体中央部位出现Ser10磷酸化H3.研究结果表明，组蛋白H3Ser10和Ser28的磷酸化与细胞有丝分裂染色体的凝集和解凝集过程有着时间和空间上的相关性。Ser10和Ser28这两个位点发生磷酸化作用，可使组蛋白H3氨基末端的正电荷数降低，改变了组蛋白一DNA间的相互作用，这可能是导致染色质变构凝集的原因之一。根据激光共聚
蛋白质预测在线分析常用软件推荐 蛋白质预测分析网址集锦 物理性质预测： Compute PI/MW http://expaxy.hcuge.ch/ch2d/pi-tool.html Peptidemasshttp://expaxy.hcuge.ch/sprot/peptide-mass.html TGREASE ftp://https://www.doczj.com/doc/16561689.html,/pub/fasta/ SAPS http://ulrec3.unil.ch/software/SAPS_form.html 基于组成的蛋白质识别预测 AACompIdent http://expaxy.hcuge.ch ... htmlAACompSim http://expaxy.hcuge.ch/ch2d/aacsim.html PROPSEARCH http://www.e mbl-heidelberg.de/prs.html 二级结构和折叠类预测 nnpredict https://www.doczj.com/doc/16561689.html,/~nomi/nnpredict Predictprotein http://www.embl-heidel ... protein/SOPMA http://www.ibcp.fr/predict.html SSPRED http://www.embl-heidel ... prd_info.html 特殊结构或结构预测 COILS http://ulrec3.unil.ch/ ... ILS_form.html MacStripe https://www.doczj.com/doc/16561689.html,/ ... acstripe.html 与核酸序列一样，蛋白质序列的检索往往是进行相关分析的第一步，由于数据库和网络技校术的发展，蛋白序列的检索是十分方便，将蛋白质序列数据库下载到本地检索和通过国际互联网进行检索均是可行的。 由NCBI检索蛋白质序列 可联网到：“http://www.ncbi.nlm.ni ... gi?db=protein”进行检索。 利用SRS系统从EMBL检索蛋白质序列 联网到：https://www.doczj.com/doc/16561689.html,/”，可利用EMBL的SRS系统进行蛋白质序列的检索。 通过EMAIL进行序列检索 当网络不是很畅通时或并不急于得到较多数量的蛋白质序列时，可采用EMAIL方式进行序列检索。 蛋白质基本性质分析 蛋白质序列的基本性质分析是蛋白质序列分析的基本方面，一般包括蛋白质的氨基酸组成，分子质量，等电点，亲水性，和疏水性、信号肽，跨膜区及结构功能域的分析等到。蛋白质的很多功能特征可直接由分析其序列而获得。例如，疏水性图谱可通知来预测跨膜螺旋。同时，也有很多短片段被细胞用来将目的蛋白质向特定细胞器进行转移的靶标（其中最典型的
蛋白质结构预测和序列分析软件蛋白质数据库及蛋白质序列分析 第一节、蛋白质数据库介绍 一、蛋白质一级数据库 1、 SWISS-PROT 数据库 SWISS-PROT和PIR是国际上二个主要的蛋白质序列数据 库，目前这二个数据库在EMBL和GenBank数据库上均建 立了镜像 (mirror) 站点。 SWISS-PROT数据库包括了从EMBL翻译而来的蛋白质序 列，这些序列经过检验和注释。该数据库主要由日内瓦大 学医学生物化学系和欧洲生物信息学研究所(EBI)合作维 护。SWISS-PROT的序列数量呈直线增长。 2、TrEMBL数据库： SWISS-PROT的数据存在一个滞后问题，即 进行注释需要时间。一大批含有开放阅读 了解决这一问题，TrEMBL(Translated E 白质数据库，它包括了所有EMBL库中的 质序列数据源，但这势必导致其注释质量 3、PIR数据库： PIR数据库的数据最初是由美国国家生物医学研究基金 会（National Biomedical Research Foundation, NBRF） 收集的蛋白质序列，主要翻译自GenBank的DNA序列。 1988年，美国的NBRF、日本的JIPID（the Japanese International Protein Sequence Database日本国家蛋 白质信息数据库）、德国的MIPS（Munich Information Centre for Protein Sequences摹尼黑蛋白质序列信息 中心）合作，共同收集和维护PIR数据库。PIR根据注释 程度(质量)分为4个等级。 4、 ExPASy数据库： 目前，瑞士生物信息学研究所（Swiss I 质分析专家系统（Expert protein anal 据库。 网址：https://www.doczj.com/doc/16561689.html, 我国的北京大学生物信息中心(www.cbi.
蛋白翻译后修饰（齐以涛老师） 上课老师没说重点 1.蛋白的概念：由许多氨基酸通过肽键相连形成的高分子含氮化合 物。 2.蛋白后修饰概念和意义（PPT4-5） 3.蛋白后修饰种类 1. 切除加工 2. 糖基化 3. 羟基化 4. 甲基化 5. 磷酸化 6. 乙酰化 7. 泛素化 8. 类泛素化 9. … 200. … 磷酸化修饰 1.概念： 磷酸化是通过蛋白质磷酸化激酶将ATP的磷酸基转移到蛋 白的特定位点上的过程。大部分细胞过程实际上是被可逆 的蛋白磷酸化所调控的，至少有30%的蛋白被磷酸化修饰
2.作用位点： 丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸是主要的磷酸化氨基酸，大多数 磷酸化蛋白质都有多个磷酸化位点，并且其磷酸化位点是 可变的。 3.实例(MAPK途径)： 分裂原活化的蛋白激酶（MAPK）、分裂原活化的蛋白激酶的激酶（MAPKK）、分裂原活化的蛋白激酶的激酶之激酶（MAPKKK）。 在真核细胞中，这3种类型的激酶构成一个MAPK级联系统（MAPK cascade），通过MAPKKK-MAPKK-MAPK逐级磷酸化，将外来信号级联放大并传递下去。 具体过程如下： ?MAPKKK位于级联系统的最上游，能够通过胁迫信号感受器或者信号分子的受体，或者其本身就直接感受胞外信号刺激而发生磷酸化?MAPKKK磷酸化后变为活化状态，可以使MAPKK磷酸化?MAPKK始终存在于细胞质中，MAPKK磷酸化以后通过双重磷酸化作用将MAPK激活
?MAPK被磷酸化后有3种可能的去向： （1）停留在细胞质中，激活一系列其它的蛋白激酶 （2）在细胞质中使细胞骨架成分磷酸化 （3）进入细胞核，通过磷酸化转录因子，调控基因的表达 4.功能和意义: 一：调节酶蛋白及生理代谢 ①糖分解代谢中糖原磷酸化酶活性的调节，被磷酸化的酶具有活 性，去磷酸化的酶无活性 ②磷酸化或去磷酸化使胞内已存在酶的活性被激活或失活，调节 胞内活性酶的含量 二:调节转录因子活性 转录因子通常包含DNA结合结构域和转录激活结构域.转录因子在转录激活结构域或调控结构域发生磷酸化，直接影响其转录活性. c-Jun转录激活结构域的两个丝氨酸残基磷酸化，正调控c-Jun的转录活性. 三：调节转录因子核转位 ?TGF-b与其I型、II型受体结合，结合后的TGF-b I型受体识别R-Smad包括Smad2和Smad3，作用于C末端的丝氨酸使其磷酸化而被激活，激活后的R-Smad与Smad4结合转入细胞核内，发挥转录调节活性 ?NF-kB与其抑制因子IkB形成复合体时存在于胞质。当IkB磷酸化、
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当网络不是很畅通时或并不急于得到较多数量的蛋白质序列时，可采用EMAIL方式进行序列检索。? 蛋白质基本性质分析? 蛋白质序列的基本性质分析是蛋白质序列分析的基本方面，一般包括蛋白质的氨基酸组成，分子质量，等电点，亲水性，和疏水性、信号肽，跨膜区及结构功能域的分析等到。蛋白质的很多功能特征可直接由分析其序列而获得。例如，疏水性图谱可通知来预测跨膜螺旋。同时，也有很多短片段被细胞用来将目的蛋白质向特定细胞器进行转移的靶标（其中最典型的例子是在羧基端含有KDEL序列特征的蛋白质将被引向内质网。WEB中有很多此类资源用于帮助预测蛋白质的功能。? 疏水性分析? 位于ExPASy的ProtScale程序（?）可被用来计算蛋白质的疏水性图谱。该网站充许用户计算蛋白质的50余种不同属性，并为每一种氨基酸输出相应的分值。输入的数据可为蛋白质序列或SWISSPROT数据库的序列接受号。需要调整的只是计算窗口的大小（n）该参数用于估计每种氨基酸残基的平均显示尺度。? 进行蛋白质的亲/疏水性分析时，也可用一些windows下的软件如，bioedit,dnamana等。? 跨膜区分析? 有多种预测跨膜螺旋的方法，最简单的是直接，观察以20个氨基酸为单位的疏水性氨基酸残基的分布区域，但同时还有多种更加复杂的、精确的算法能够预测跨膜螺旋的具体位置和它们的膜向性。这些技术主要是基于对已知
蛋白质结构预测方法综述 卜东波陈翔王志勇 《计算机不能做什么？》是一本好书，其中文版序言也堪称佳构。在这篇十余页的短文中，马希文教授总结了使用计算机解决实际问题的三步曲，即首先进行形式化，将领域相关的实际问题抽象转化成一个数学问题；然后分析问题的可计算性；最后进行算法设计，分析算法的时间和空间复杂度，寻找最优算法。 蛋白质空间结构预测是很有生物学意义的问题，迄今亦有很多的工作。有意思的是，其中一些典型工作恰恰是上述三步曲的绝好示例，本文即沿着这一路线作一总结，介绍于后。 1 背景知识 生物细胞种有许多蛋白质（由20余种氨基酸所形成的长链），这些大分子对于完成生物功能是至关重要的。蛋白质的空间结构往往决定了其功能，因此，如何揭示蛋白质的结构是非常重要的工作。 生物学界常常将蛋白质的结构分为4个层次：一级结构，也就是组成蛋白质的氨基酸序列；二级结构，即骨架原子间的相互作用形成的局部结构，比如alpha螺旋,beta片层和loop区等；三级结构，即二级结构在更大范围内的堆积形成的空间结构；四级结构主要描述不同亚基之间的相互作用。 经过多年努力，结构测定的实验方法得到了很好的发展，比较常用的有核磁共振和X光晶体衍射两种。然而由于实验测定比较耗时和昂贵，对于某些不易结晶的蛋白质来说不适用。相比之下，测定蛋白质氨基酸序列则比较容易。因此如果能够从一级序列推断出空间结构则是非常有意义的工作。这也就是下面的蛋白质折叠问题： 1蛋白质折叠问题（Protein Folding Problem） 输入: 蛋白质的氨基酸序列
输出: 蛋白质的空间结构 蛋白质结构预测的可行性是有坚实依据的。因为一般而言，蛋白质的空间结构是由其一级结构确定的。生化实验表明：如果在体外无任何其他物质存在的条件下，使得蛋白质去折叠，然后复性，蛋白质将立刻重新折叠回原来的空间结构，整个过程在不到1秒种内即可完成。因此有理由认为对于大部分蛋白质而言，其空间结构信息已经完全蕴涵于氨基酸序列中。从物理学的角度讲，系统的稳定状态通常是能量最小的状态，这也是蛋白质预测工作的理论基础。 2 蛋白质结构预测方法 蛋白质结构预测的方法可以分为三种： 同源性（Homology ）方法：这类方法的理论依据是如果两个蛋白质的序列比较相似，则其结构也有很大可能比较相似。有工作表明，如果序列相似性高于75％，则可以使用这种方法进行粗略的预测。这类方法的优点是准确度高，缺点是只能处理和模板库中蛋白质序列相似性较高的情况。 从头计算（Ab initio ） 方法：这类方法的依据是热力学理论，即求蛋白质能量最小的状态。生物学家和物理学家等认为从原理上讲这是影响蛋白质结构的本质因素。然而由于巨大的计算量，这种方法并不实用，目前只能计算几个氨基酸形成的结构。IBM 开发的Blue Gene 超级计算机，就是要解决这个问题。 穿线法(Threading )方法：由于Ab Initio 方法目前只有理论上的意义，Homology 方法受限于待求蛋白质必需和已知模板库中某个蛋白质有较高的序列相似性，对于其他大部分蛋白质来说，有必要寻求新的方法。Threading 就此应运而生。 以上三种方法中，Ab Initio 方法不依赖于已知结构，其余两种则需要已知结构的协助。通常将蛋白质序列和其真实三级结构组织成模板库，待预测三级结构的蛋白质序列，则称之为查询序列(query sequence)。 3 蛋白质结构预测的Threading 方法 Threading 方法有三个代表性的工作：Eisenburg 基于环境串的工作、Xu Ying 的Prospetor 和Xu Jinbo 、Li Ming 的RAPTOR 。 Threading 的方法：首先取出一条模版和查询序列作序列比对(Alignment)，并将模版蛋白质与查询序列匹配上的残基的空间坐标赋给查询序列上相应的残基。比对的过程是在我们设计的一个能量函数指导下进行的。根据比对结果和得到的查询序列的空间坐标，通过我们设计的能量函数，得到一个能量值。将这个操作应用到所有的模版上，取能量值最低的那条模版产生的查询序列的空间坐标为我们的预测结果。 需要指出的是，此处的能量函数却不再是热力学意义上的能量函数。它实质上是概率的负对数，即 ，我们用统计意义上的能量来代替真实的分子能量，这两者有大致相同的形式。 p E log ?=如果沿着马希文教授的观点看上述工作 ，则更有意思：Eisenburg 指出如果仅仅停留在简单地使用每个原子的空间坐标(x,y,z)来形式化表示蛋白质空间结构，则难以进一步深入研究。Eisenburg 创造性地使用环境串表示结构，从而将结构预测问题转化成序列串和环境串之间的比对问题；其后，Xu Ying 作了进一步发展，将蛋白质序列表示成一系列核（core ）组成的序列，Core 和Core 之间存在相互作用。因此结构就表示成Core 的空间坐标，以及Core 之间的相互作用。在这种表示方法的基础上，Xu Ying 开发了一种求最优匹配的动态规划算法，得到了很好的结果。但是由于其较高的复杂度，在Prospetor2上不得不作了一些简化；Xu Jinbo 和Li Ming 很漂亮地解决了这个问题，将求最优匹配的过程表示成一个整数规划问题，并且证明了一些常用
蛋白质结构预测网址 物理性质预测： Compute PI/MW Peptidemass TGREASE SAPS 基于组成的蛋白质识别预测 AACompIdent PROPSEARCH 二级结构和折叠类预测 nnpredict Predictprotein SSPRED 特殊结构或结构预测 COILS MacStripe 与核酸序列一样，蛋白质序列的检索往往是进行相关分析的第一步，由于数据库和网络技校术的发展，蛋白序列的检索是十分方便，将蛋白质序列数据库下载到本地检索和通过国际互联网进行检索均是可行的。 由NCBI检索蛋白质序列 可联网到：“”进行检索。 利用SRS系统从EMBL检索蛋白质序列 联网到：”，可利用EMBL的SRS系统进行蛋白质序列的检索。 通过EMAIL进行序列检索 当网络不是很畅通时或并不急于得到较多数量的蛋白质序列时，可采用EMAIL方式进行序列检索。 蛋白质基本性质分析 蛋白质序列的基本性质分析是蛋白质序列分析的基本方面，一般包括蛋白质的氨基酸组成，分子质量，等电点，亲水性，和疏水性、信号肽，跨膜区及结构功能域的分析等到。蛋白质的很多功能特征可直接由分析其序列而获得。例如，疏水性图谱可通知来预测跨膜螺旋。同时，也有很多短片段被细胞用来将目的蛋白质向特定细胞器进行转移的靶标（其中最典型的例子是在羧基端含有KDEL序列特征的蛋白质将被引向内质网。WEB中有很多此类资源用于帮助预测蛋白质的功能。 疏水性分析 位于ExPASy的ProtScale程序（）可被用来计算蛋白质的疏水性图谱。该网站充许用户计算蛋白质的50余种不同属性，并为每一种氨基酸输出相应的分值。输入的数据可为蛋白质序列或SWISSPROT数据库的序列接受号。需要调整的只是计算窗口的大小（n）该参数用于估计每种氨基酸残基的平均显示尺度。 进行蛋白质的亲/疏水性分析时，也可用一些windows下的软件如， bioedit,dnamana等。 跨膜区分析 有多种预测跨膜螺旋的方法，最简单的是直接，观察以20个氨基酸为单位的疏水性氨基酸残基的分布区域，但同时还有多种更加复杂的、精确的算法能够预测跨膜螺旋的具体位置和它们的膜向性。这些技术主要是基于对已知跨膜螺旋的研究而得到的。自然存在的跨膜螺旋Tmbase 数据库，可通过匿名FTP获得()，参见表一
实习 5 ：蛋白质结构预测 学号20090***** 姓名****** 专业年级生命生技**** 实验时间2012.6.21 提交报告时间2012.6.21 实验目的： 1.学会使用GOR和HNN方法预测蛋白质二级结构 2.学会使用SWISS-MODEL进行蛋白质高级结构预测 实验内容： 1.分别用GOR和HNN方法预测蛋白质序列的二级结构，并对比异同性。 2.利用SWISS-MODEL进行蛋白质的三级结构预测，并对预测结果进行解释。 作业： 1. 搜索一条你感兴趣的蛋白质序列，分别用GOR和HNN进行二级结构预测，解释预测结果，分析两个方法结果有何异同。 答：所选用蛋白质序列为>>gi|390408302|gb|AFL70986.1| gag protein, partial [Human immunodeficiency virus] （1）GOR预测结果： 图1 图1是每个氨基酸在序列中所处的状态，可以看出序列的二级结构预测结果为： 1到9位个氨基酸为无规卷曲，10到33位氨基酸为α螺旋,34到37位为β折叠，38到45位为无规卷曲，46到49位为α螺旋，50到53位为无规卷曲，54到65为α螺旋，66到72位为无规卷曲，73到95位为α螺旋，96到101位为无规卷曲，102到108为β折叠，109到115位为无规卷曲，117位为β折叠。 图2 图2为各种结构在序列中所占的比例，其中Alpha helix占53.85%，Extended strand占11.11%，Random coil占35.04%，无他二级结构。
图3 图3为各个氨基酸在序列中的状态以及二级结构在全序列中二级结构分布情况。 （2）HNN预测： 图4 图4是每个氨基酸在序列中所处的状态，可以看出序列的二级结构预测结果为： 1到6位个氨基酸为无规卷曲，7到34位氨基酸为α螺旋,35到37位为β折叠，38位为α螺旋，39到44位为无规卷曲，45到49位为α螺旋，50到55位为无规卷曲，56到65为α螺旋，66到71位为无规卷曲，72到83位为α螺旋，84到86位为无规卷曲，87到95位为α螺旋，96到102为无规卷曲，103到108位为β折叠，108到117位为无规卷曲。 图5 图5为各种结构在序列中所占的比例，其中Alpha helix占55.56%，Extended strand占7.69%，Random coil占36.75%，无他二级结构。
蛋白质组学 蛋白质是生物体的重要组成部分，参与几乎所有生理和细胞代谢过程。此外，与基因组学和转录组学比较，对一个细胞或组织中表达的所有蛋白质，及其修饰和相互作用的大规模研究称为蛋白质组学。 蛋白质组学通常被认为是在基因组学和转录组学之后，生物系统研究的下一步。然而，蛋白质组的研究远比基因组学复杂，这是由于蛋白质内在的复杂特点，如蛋白质各种各样的翻译后修饰所决定的。并且，研究基因组学的技术要比研究蛋白质组学的技术强得多，虽然在蛋白质组学研究中，质谱技术的研究已取得了一些进展。 尽管存在方法上的挑战，蛋白质组学正在迅速发展，并且对癌症的临床诊断和疾病治疗做出了重要贡献。几项研究鉴定出了一些蛋白质在乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌和食道癌中表达变化。例如，通过蛋白质组学技术，人们可以在患者血液中明确鉴定出肿瘤标志物。表1列出了更多的蛋白质组学技术用于研究癌症的例子。 另外，高尔基体功能复杂。最新研究表明，它除了参与蛋白加工外，还能参与细胞分化及细胞间信号传导的过程，并在凋亡中扮演重要角色，其功能障碍也许和肿瘤的发生、发展有某种联系。根据人类基因组研究，约1000多种人类高尔基体蛋白质中仅有500~600种得到了鉴定，建立一条关于高尔基体蛋白质组成的技术路线将有助于其功能的深入研究。 蛋白质组学是一种有效的研究方法，特别是随着亚细胞器蛋白质组学技术的迅猛发展，使高尔基体的全面研究变为可能。因此研究人员希望能以胃癌细胞中的高尔基体为研究对象，通过亚细胞器蛋白质组学方法，建立胃癌细胞中高尔基体的蛋白质组方法学。 研究人员采用蔗糖密度梯度的超速离心方法分离纯化高尔基体，双向凝胶电泳（2-DE）分离高尔基体蛋白质，用ImageMaster 2D软件分析所得图谱，基质辅助激光解吸离子化飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）鉴定蛋白质点等一系列亚细胞器蛋白质组学方法建立了胃癌细胞内高尔基体的蛋白图谱。 最后，人们根据分离出的纯度较高的高尔基体建立了分辨率和重复性均较好的双向电泳图谱，运用质谱技术鉴定出12个蛋白质，包括蛋白合成相关蛋白、膜融合蛋白、调节蛋白、凋亡相关蛋白、运输蛋白和细胞增殖分化相关蛋白。通过亚细胞器分离纯化、双向电泳的蛋白分离及MALDI-TOF MS蛋白鉴定分析，研究人员首次成功建立了胃癌细胞SGC7901中高尔基体的蛋白质组学技术路线。 3.1 蛋白质功能预测工具 也许生物信息学方法在癌症研究中最常用的就是基因功能预测方法，但是这些数据库只存储了基因组的大约一半基因的功能。为了在微阵列资料基础上完成功能性的富集分析，基因簇的功能注解是非常重要的。近几年生物学家研发了一些基因功能预测的方法，这些方法旨在超越传统的BLAST搜索来预测基因的功能。基因功能预测可以以氨基酸序列、三级结构、与之相互作用的配体、相互作用过程或基因的表达方式为基础。其中最重要的是基于氨基酸序列的分析，因为这种方法适合于微阵列分析的全部基因。 在表3中，前三项列举了三种同源搜索方法。FASTA方法虽然应用还不太广泛，但它要优于BLAST，或者至少相当。FASTA程序是第一个使用的数据库相似性搜索程序。为了达到较高的敏感程度，程序引用取代矩阵实行局部比对以获得最佳搜索。美国弗吉尼亚大学可以提供这项程序的地方版本，当然数据库搜索结果依赖于要搜索的数据库序列。如果最近的序列数据库版本在弗吉尼亚大学不能获得，那么就最好试一下京都大学（Kyoto University）的KEGG站点。PSI-BLAST（位点特异性反复BLAST）是BLAST的转化版本，PSI-BLAST的特色是每次用profile 搜索数据库后再利用搜索的结果重新构建profile，然后用新的profile再次搜索数据库，如此反复直至没有新的结果产生为止。PSI-BLAST先用带空位的BLAST搜索数据库，将获得的序列通过多序列比对来构建第一个profile。PSI-BLAST自然地拓展了BLAST方法，能寻找蛋白质序列中的隐含模式，有研究表明这种方法可以有效地找到很多序列差异较大而结构功能相似的相关蛋白，所以它比BLAST和FASTA有更好的敏感性。PSI-BLAST服务可以
实验名称：蛋白质结构与功能的生物信息学研究 实验目的：1.掌握运用BLAST工具对指定蛋白质的氨基酸序列同源性搜索的方法。 2.掌握用不同的工具分析蛋白质的氨基酸序列的基本性质 3掌握蛋白质的氨基酸序列进行三维结构的分析 4.熟悉对蛋白质的氨基酸序列所代表蛋白的修饰情况、所参与的 代谢途径、相互作用的蛋白，以及与疾病的相关性的分析。实验方法和流程： 一、同源性搜索 同源性从分子水平讲则是指两个核酸分子的核苷酸序列或两个蛋白质分子的氨基酸序列间的相似程度。BLAST工具能对生物不同蛋白质的氨基酸序列或不同的基因的DNA序列极性比对，并从相应数据库中找到相同或相似序列。对指定的蛋白质的氨基酸序列进行同源性搜索步骤如下： ↓ 登录网址https://www.doczj.com/doc/16561689.html,/blast/ ↓ 输入序列后,运行blast工具 ↓ 序列比对的图形结果显示
序列比对的图形结果：用相似性区段（Hit）覆盖输入序列的范围判断两个序列 的相似性。如果图形中包含低得分的颜色（主要是红色） 区段，表明两序列的并非完全匹配。 ↓ 匹配序列列表及得分
各序列得分 可选择不同的比对工具 备注: Clustal是一款用来对()的软件。可以用来发现特征序列，进行蛋白分类，证明序列间的同源性，帮助预测新序列二级结构与三级结构，确定PCR引物，以及 在分子进化分析方面均有很大帮助。Clustal包括Clustalx和Clustalw(前者是 图形化界面版本后者是命令界面)，是生物信息学常用的多序列比对工具。 该序列的比对结果有100条，按得分降序排列，其中最大得分2373，最小得分 分为1195. ↓ 详细的比对序列的排列情况 第一个匹配 序列 第一个序列的匹配率为100% Score表示打分矩阵计算出来的值，由搜索算法决定的，值越大说明匹配程度
Chapter V Chapter V Post‐translational Modification Of Proteins
One gene more proteins One gene, more proteins https://www.doczj.com/doc/16561689.html,
?蛋白质翻译后修饰（PTM）是指蛋白质在翻译中或翻译后经历的个共价加工过程，即通过1个或几个氨基酸残基加上修饰的一个 基团或通过蛋白质水解剪去基团而改变蛋白质的性质。 ?从定义的角度，可以如下理解蛋白质翻译后修饰： 1. 对某氨基酸的修饰包括共价连接简单的官能团（如乙酰基或磷酸基） 1对某一氨基酸的修饰包括 和引入一些复杂结构，如脂类和糖类。 2. 将已经结束翻译的转录本产物切割成成熟的形式，如信号肽或活性肽的 加 工等。 3. 氨基酸的交联，如丝氨酸和酪氨酸。
?可以说，蛋白质组中任一蛋白质都能在翻译时或翻译后进行修饰。不同类型的修饰都会影响蛋白质的电荷状态、疏水性、构饰不同类型的修饰都会影响蛋白质的 象和（或）稳定性，最终影响其功能。 ?诸多实例表明蛋白质的修饰都采取一种可逆模式‐“开”或“关” 的状态行或者调节蛋白质的功能或者作为个真实的分的状态进行，或者调节蛋白质的功能，或者作为一个真实的分子开关。 ?目前已发现300多种不同的翻译后修饰，主要形式包括磷酸化、糖基化、乙酰化、泛素化、羧基化、核糖基化以及二硫键的配对等。 等
?加入官能团 乙酰化—通常于蛋白质的N末端加入乙酰。 磷酸化—加入磷酸根至Ser、Tyr、Thr或His。 糖化—将糖基加入Asn、羟离氨酸、Ser或Thr，形成糖蛋白。 烷基化加入如甲基或乙基等烷基。 — 甲基化—烷基化中常见的一种，在Lys、Arg等的侧链氨基上加入甲基。 生物素化—主要有组蛋白的生物素酰化修饰，由羧化全酶合成酶与组蛋白直接相互作用完成，以及生物素附加物令赖氨酸残基酰化。 以及生物素附加物令赖氨酸残基酰化 谷氨酸化—谷氨酸与导管素及其他蛋白质之间建立共价键。 甘氨酸化—一个至超过40种甘氨酸与导管素的C末端建立共价键。 异戊二烯化—加入如法呢醇及四异戊二烯等异戊二烯。 硫辛酸化—附着硫辛酸的功能性。 磷酸泛酰巯基乙胺基化—像在脂肪酸、聚酮、非核糖体肽链及白氨酸的生物合 聚酮 成中，从乙酰辅酶A加入4‘磷酸泛酰巯基乙胺基。 硫酸化—将硫酸根加入至酪氨酸。 硒化 C末端酰胺化 ‐‐‐‐‐‐‐‐
蛋白质结构与功能的关系 专业：植物学 摘要：蛋白质特定的功能都是由其特定的构象所决定的，各种蛋白质特定的构象又与其一级结构密切相关。天然蛋白质的构象一旦发生变化，必然会影响到它的生物活性。由于蛋白质的构象的变化引起蛋白质功能变化，可能导致蛋白质构象紊乱症，当然也能引起生物体对环境的适应性增强。而分子模拟技术为蛋白质的研究提供了一种崭新的手段。在理论上解决了结构预测和功能分析以及蛋白质工程实施方面所面临的难题。它在蛋白质的结构预测和模建工作中占有举足轻重的地位，实现了生物技术与计算机技术的完美结合。 关键词：蛋白质的结构、功能；折叠/功能关系；蛋白质构象紊乱症；分子模拟技术；同源建模 RNase是由124个氨基酸残基组成的单肽链，分子中 8 个Cys的-SH构成4对二硫键，形成具有一定空间构象的蛋白质分子。在蛋白质变性剂和一些还原剂存在下，酶分子中的二硫键全部被还原，酶的空间结构破坏，肽链完全伸展，酶的催化活性完全丧失。当用透析的方法除去变性剂和巯基乙醇后，发现酶大部分活性恢复，所有的二硫键准确无误地恢复原来状态。若用其他的方法改变分子中二硫键的配对方式，酶完全丧失活性。这个实验表明，蛋白质的一级结构决定它的空间结构，而特定的空间结构是蛋白质具有生物活性的保证。前体与活性蛋白质一级结构的关系，由108个氨基酸残基构成的前胰岛素原，在合成的时候完全没有活性，当切去N-端的24个氨基酸信号肽，形成84个氨基酸的胰岛素原，胰岛素原也没活性，在包装分泌时，A、B链之间的33个氨基酸残基被切除，才形成具有活性的胰岛素。 功能不同的蛋白质总是有着不同的序列；种属来源不同而功能相同的蛋白质的一级结构，可能有某些差异，但与功能相关的结构也总是相同。若一级结构变化，蛋白质的功能可能发生很大的变化。蛋白质特定的功能都是由其特定的构象所决定的，各种蛋白质特定的构象又与其一级结构密切相关。天然蛋白质的构象一旦发生变化，必然会影响到它的生物活性。由于蛋白质的构象的变化引起蛋白质功能变化，可能导致蛋白质构象紊乱症，当然也能引起生物体对环境的适应性增强。 虽然蛋白质结构与生物功能的关系比序列与功能的关系更加紧密，但结构与功能的这种关联亦若隐若现，并不能排除折叠差别悬殊的蛋白质执行相似的功能，折叠相似的蛋白质执行差别悬殊功能的现象的存在。无奈，该领域仍不得不将100多年前Fisher提出的“锁一钥
蛋白质结构与功能的关系 （The relationship between protein structure and function） 摘要蛋白质特定的功能都是由其特定的构象所决定的，各种蛋白质特定的构象又与其一级结构密切相关。天然蛋白质的构象一旦发生变化，必然会影响到它的生物活性。由于蛋白质的构象的变化引起蛋白质功能变化，可能导致蛋白质构象紊乱症，当然也能引起生物体对环境的适应性增强！现而今关于蛋白质功能研究还有待发展，一门新兴学科正在发展，血清蛋白组学，生物信息学等！本文仅就蛋白质结构与其功能关系进行粗略阐述。 关键词：蛋白质结构；折叠/功能关系；蛋白质构象紊乱症；分子伴侣 Keywords：protein structure；fold／function relationship；protein conformational disorder；molecular chaperons 虽然蛋白质结构与生物功能的关系比序列与功能的关系更加紧密，但结构与功能的这种关联亦若隐若现，并不能排除折叠差别悬殊的蛋白质执行相似的功能，折叠相似的蛋白质执行差别悬殊功能的现象的存在。无奈，该领域仍不得不将100多年前Fisher提出的“锁一钥匙”模型(“lock—key”model)和50多年前Koshand提出的诱导契合模型(induce fitmodel)作为蛋白质实现功能的理论基础。这2个略显粗糙的模型只是认为蛋白质执行功能的部位局限在结构中的一个或几个小区域内，此类区域通常是蛋白质表面上的凹洞或裂隙。这种凹洞或裂隙被称为“活性部位(active site)”或“别构部位（fallosteric site）”，凹陷部位与配体分子在空间形状和静电上互补。此外，在酶的活性部位中还存在着几个作为催化基团(catalyticgroup)的氨基酸残基。对蛋白质未来的研究应从实验基本数据的归纳和统计入手，从原始的水平上发现蛋白质的潜藏机制【1】。 蛋白质结构与功能关系的研究主要是以力求刻画蛋白质的3D结构的几何学为基础的。蛋白质结构既非规则的几何形，又非完全的无规线团(randomcoil)，而是有序(α一螺旋和β一折叠)与无序(线团或环域loop)的混合体。理解蛋白质3D结构的技巧是将结构简化，只保留某种几何特征或拓扑模式，并将其数字化。探求数字中所蕴含的规律，且根据这一规律将蛋白质进行分类，再将分类的结构与蛋白质的功能进行比较，以检验蛋白质抽象结构的合理性。如果一种对蛋白质结构的简化、比较和分类能与蛋自质的功能有较好地对应关系，那么这就是一种对蛋白质结构的有价值的理解。蛋白质结构中，多种弱力(氢键、范德华力、静电相互作用、疏水相互作用、堆积力等)和可逆的二硫键使多肽链折叠成特定的构象。从某种意义上说，共价键维系了蛋白质的一级结构；主链上的氢键维系了蛋白质的二级结构；而氨基酸侧链的相互作用和二硫桥维系着蛋白质的三级结构。亚基(subunit)内部的侧链相互作用是构象稳定的基础，蛋白质链之间的侧链的相互作用是亚基组装(四级结构)的基础，而蛋白质中侧链与配体基团问的相互作用是蛋白质行使功能的基础。 牛胰核糖核酸酶(RNase)变性和复性的实验是蛋白质结构与功能关系的很好例证。蛋白质空间结构遭到破坏；，可导致蛋白质的理比性质和生物学性质的变化，这就是蛋白质变性。变性的蛋白质，只要其一级结构仍然完好，可在一定条件下恢复其空间结构，随之理化性质和生物学性质也可重现，这被称为复性。RNase是由124个氨基酸残基组成的一条肽链，分子中8个半胱氨酸的巯基构成4对二硫键，进而形成具有一定空间构象的活性蛋白质。天然RNase遇尿素和β巯基乙醇时发生变性，其分子中的氢键和4个二硫键解开，严密的空间结构遭破坏，丧失了生物学活性，但一级结构完整无损。若去除尿素和β巯基乙醇，RNase又可恢复其原有构象和生物学活性。RNase分子中的8个巯基若随机排列成二硫键可有105种方式。有活性的RNase只是其中的一种，复性时之所以选择了自