发酵工业的各个领域，生物传感器与计算机紧密结合，能实现自动采集和处理数据，检测结 果自动提交保存，而且随着微加工技术和纳米技术的进步，便携式生物传感器将使在家中诊 断疾病、在市场上检测食品质量成为可能
发酵工业的各个领域，生物传感器与计算机紧密结合，能实现自动采集和处理数据，检测结 果自动提交保存，而且随着微加工技术和纳米技术的进步，便携式生物传感器将使在家中诊 断疾病、在市场上检测食品质量成为可能
延伸阅读5-3蛋白质分子结构简介 蛋白质工程的核心内容之一就是收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便建立结构与功 能之间关系的数据库，为蛋白质结构与功能之间关系的理论研究奠定基础。蛋白质分子的结 构有4个严格的层次，即蛋白质的一级至四级结构。 蛋白质的一级结构(primary structure)是指多肽链的氨基酸残基的排列顺序。如果一个 蛋白质含有二硫键，一级结构还包括二硫键的数目和位置。例如1954年E.Sanger成功测出 的第一个蛋白质一人胰岛素的一级结构（图S5-6)。 y 人类胰岛素分子一级结构 A链 r-Ser-le -Cs-Ber-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-(ys-Axn Gy-8er-His -L-Val-Glu-Als-1eu-Tyr-Lu-Val- B链 Thr-Lys-ProTr-Tyr-Phe-Phe-Gly 图$5-6人胰岛素的一级结构示意图 蛋白质二级结构(secondary structure)是指多肽链主链骨架本身（不包括R基团）在空 间上有规律的折叠和盘绕，它是氨基酸残基非侧链基团之间的氢键决定的。主要有α-螺旋、 B-折叠、B转角及无规则卷曲等几种形式（图S5-7,图S5-8,图S5-9)。 (1 9 (3) (4) 图S5-7α一螺旋结构的四种表示方法
延伸阅读 5-3 蛋白质分子结构简介 蛋白质工程的核心内容之一就是收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便建立结构与功 能之间关系的数据库，为蛋白质结构与功能之间关系的理论研究奠定基础。蛋白质分子的结 构有 4 个严格的层次，即蛋白质的一级至四级结构。 蛋白质的一级结构（primary structure）是指多肽链的氨基酸残基的排列顺序。如果一个 蛋白质含有二硫键，一级结构还包括二硫键的数目和位置。例如 1954 年 F. Sanger 成功测出 的第一个蛋白质——人胰岛素的一级结构（图 S5-６）。 图 S5-6 人胰岛素的一级结构示意图 蛋白质二级结构（secondary structure）是指多肽链主链骨架本身（不包括 R 基团）在空 间上有规律的折叠和盘绕，它是氨基酸残基非侧链基团之间的氢键决定的。主要有α-螺旋、 β-折叠、β-转角及无规则卷曲等几种形式（图 S5-7，图 S5-8，图 S5-9）。 图 S5-7 α－螺旋结构的四种表示方法
图S5-8阝-折叠示意图 图S5-9 RNase的部分二级结构 三级结构(tertiary structure)是指整条多肽链的三维结构，包括骨架和侧链在内的所有 原子的空间排列。如果蛋白质分子仅由一条多肽链组成，三级结构就是它的最高结构层次（图 S5-l0)。三级结构通常由模体(motif)和结构域(domain)组成的。 图S5-10人胰岛素的三级结构示意图 模体也称为基序，在结构生物学上，有两种不同的用法。第一种被用在一级结构上，特 指具有特殊功能的特定氨基酸序列，如很多DNA结合蛋白的一级结构上含有一段CXX(XX) CXXXXXXXXXXXXHXXXH序列(X代表任何一种氨基酸)，它是形成锌指结构的特征 序列。模体的第二种用法表示具有特定功能或作为一个独立结构域一部分的相邻的二级结构 的聚合体，一般称为功能模体(functional motif)或结构模体(structural motif),相当于超 二级结构。超二级结构是指相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，排列形成规则 的、在空间结构上能够辨认的二级结构组合体，并充当三级结构的构件(block building), 其基本形式有aa、α邱和ββ邵等（图S5-11)。结构域是在超二级结构的基础上形成的，通常 由50~300个氨基酸残基组成，其特点是在三维空间可以明显区分和相对独立，并且具有一 定的生物功能。四级结构(quaternary structure)是指在亚基和亚基之间通过疏水作用等次级 键结合成为有序排列的特定的空间结构。亚基通常由一条多肽链组成，有时含两条以上的多
图 S5-8 β-折叠示意图 图 S5-9 RNase 的部分二级结构 三级结构（tertiary structure）是指整条多肽链的三维结构，包括骨架和侧链在内的所有 原子的空间排列。如果蛋白质分子仅由一条多肽链组成，三级结构就是它的最高结构层次（图 S5-10）。三级结构通常由模体（motif）和结构域（domain）组成的。 图 S5-10 人胰岛素的三级结构示意图 模体也称为基序，在结构生物学上，有两种不同的用法。第一种被用在一级结构上，特 指具有特殊功能的特定氨基酸序列，如很多 DNA 结合蛋白的一级结构上含有一段 CXX(XX) CXXXXXXXXXXXXHXXXH 序列（X 代表任何一种氨基酸），它是形成锌指结构的特征 序列。模体的第二种用法表示具有特定功能或作为一个独立结构域一部分的相邻的二级结构 的聚合体，一般称为功能模体（functional motif）或结构模体（structural motif），相当于超 二级结构。超二级结构是指相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，排列形成规则 的、在空间结构上能够辨认的二级结构组合体，并充当三级结构的构件（block building）， 其基本形式有αα、βαβ和βββ等（图 S5-11）。结构域是在超二级结构的基础上形成的，通常 由 50~300 个氨基酸残基组成，其特点是在三维空间可以明显区分和相对独立，并且具有一 定的生物功能。四级结构（quaternary structure）是指在亚基和亚基之间通过疏水作用等次级 键结合成为有序排列的特定的空间结构。亚基通常由一条多肽链组成，有时含两条以上的多
肽链，单独存在时一般没有生物活性（图S5-12)。 6 腕 aa模体 BaB环 全B模体的 典型连接 aB桶 B桶 蜷曲B折叠 所 B折叠间左手连接B折叠间右手连接B折叠间交叉连接 图S5-11蛋白质的超二级结构 图S5-12蛋白质的四级结构
肽链，单独存在时一般没有生物活性（图 S5-12）。 图 S5-11 蛋白质的超二级结构 图 S5-12 蛋白质的四级结构
延伸阅读5-4蛋白质分子测定方法 一、蛋白质结构测定 1.一级结构测定 蛋白质一级结构的测定又称蛋白质顺序分析，是研究蛋白质其它层次的结构和蛋白质功 能的基础。测定蛋白质一级结构的方法有直接测序法和间接测序法。 直接测序法的基本方法是：首先应用化学裂解法和蛋白酶水解法将多肽链专一性裂解： 再逐一测定每个纯化的小肽段的顺序：然后根据肽段氨基酸顺序中的重叠区确定小肽段的排 列次序：最后完成整条多肽链的顺序分析。尽管蛋白质顺序分析己经自动化，但仍然耗时、 复杂并且昂贵。 间接测定法是先得到某一种蛋白质基因或cDNA的核苷酸序列，然后根据遗传密码表 间接推导出由其决定的氨基酸序列。该方法速度快且经济，已成为最常用的测定蛋白质一级 结构的方法。 2.蛋白质三维结构测定 目前还没有一种工具能够用来直接观察蛋白质分子的原子和基团的排列。至今研究蛋白 质三维结构所取得的成就主要是X射线晶体衍射法(X-ray polycrystalline diffraction,XPD) 和核磁共振法(nuclear magnetic resonance,NMR)。 利用X射线晶体衍射法测定蛋白质分子的构象，结果比较可靠。但是，与溶液中的构 象相比，蛋白质分子在晶体中的构象是静态的。所以，利用蛋白质晶体不能测定不稳定的过 渡态的构象。而且，很多蛋白质很难结晶，或者很难得到用于结构分析的足够大的单晶。另 外，X射线晶体衍射的工作流程较长。 核磁共振是指核磁矩不为零的核，在外磁场的作用下，核自旋能级发生塞曼分裂 (zeeman splitting),共振吸收某一特定频率的射频(radio frequency,RF)辐射的物理过程。 近年来，NMR法测定小蛋白的三维结构得到了成功的应用。NMR法不需要制备蛋白质晶 体，但这种方法仅限于分析长度不超过150个氨基酸残基的小蛋白。 二、蛋白质结构预测 1.结构预测数据库 随着人类基因组计划的完成和基因组学的发展，越来越多的基因组序列被测定出来。 面对浩瀚的基因组数据，生物学家最大的挑战是它们决定的蛋白质功能是什么。蛋白质结构， 尤其是三维结构很大程度上决定了蛋白质的功能，因此如何获得蛋白质的结构并对其结构域
延伸阅读 5-4 蛋白质分子测定方法 一、蛋白质结构测定 1．一级结构测定 蛋白质一级结构的测定又称蛋白质顺序分析，是研究蛋白质其它层次的结构和蛋白质功 能的基础。测定蛋白质一级结构的方法有直接测序法和间接测序法。 直接测序法的基本方法是：首先应用化学裂解法和蛋白酶水解法将多肽链专一性裂解； 再逐一测定每个纯化的小肽段的顺序；然后根据肽段氨基酸顺序中的重叠区确定小肽段的排 列次序；最后完成整条多肽链的顺序分析。尽管蛋白质顺序分析已经自动化，但仍然耗时、 复杂并且昂贵。 间接测定法是先得到某一种蛋白质基因或 cDNA 的核苷酸序列，然后根据遗传密码表 间接推导出由其决定的氨基酸序列。该方法速度快且经济，已成为最常用的测定蛋白质一级 结构的方法。 2．蛋白质三维结构测定 目前还没有一种工具能够用来直接观察蛋白质分子的原子和基团的排列。至今研究蛋白 质三维结构所取得的成就主要是 X 射线晶体衍射法（X-ray polycrystalline diffraction, XPD） 和核磁共振法（nuclear magnetic resonance，NMR）。 利用 X 射线晶体衍射法测定蛋白质分子的构象，结果比较可靠。但是，与溶液中的构 象相比，蛋白质分子在晶体中的构象是静态的。所以，利用蛋白质晶体不能测定不稳定的过 渡态的构象。而且，很多蛋白质很难结晶，或者很难得到用于结构分析的足够大的单晶。另 外，X 射线晶体衍射的工作流程较长。 核磁共振是指核磁矩不为零的核，在外磁场的作用下，核自旋能级发生塞曼分裂 （zeeman splitting），共振吸收某一特定频率的射频（radio frequency, RF）辐射的物理过程。 近年来，NMR 法测定小蛋白的三维结构得到了成功的应用。NMR 法不需要制备蛋白质晶 体，但这种方法仅限于分析长度不超过 150 个氨基酸残基的小蛋白。 二、蛋白质结构预测 1. 结构预测数据库 随着人类基因组计划的完成和基因组学的发展，越来越多的基因组序列被测定出来。 面对浩瀚的基因组数据，生物学家最大的挑战是它们决定的蛋白质功能是什么。蛋白质结构， 尤其是三维结构很大程度上决定了蛋白质的功能，因此如何获得蛋白质的结构并对其结构域