第5章延伸阅读 延伸阅读5-1酶反应器 利用生物催化剂将原料转化成有用物质的生产过程，称为生物反应过程，主要包括原材 料的预处理、生物催化剂的制备、反应器的选择和反应条件的调控及产物分离提纯等部分（图 S5-1)。在生物反应过程中，生物反应器(biological reactor)是用于完成生物化学反应（酶 促反应)的核心装置。它为生物化学反应提供合适的场所和最佳的反应条件，以便在生物催 化剂的催化下，使底物（原料）最大限度地转化成产物。它处于生物反应过程的中心地位， 是连接原料和产物的桥梁。根据使用对象的不同，生物反应器分为酶反应器和细胞反应器。 生物催化 过程调控 能 剂制备 量 原料预 生物 处理 消毒 反应器 反应分离纯化 产品 废物 除菌 图S5-1生物反应过程示意图 一、 酶反应器概念 酶反应器(enzyme reactor)是指以游离酶或固定化酶、固定化细胞作为生物催化剂， 进行酶促反应的装置。细胞反应器(cell reactor)则是利用增殖细胞内的酶系将培养基中的 成分转化成产品的装置。根据培养对象的不同，细胞反应器可以分为微生物细胞反应器，动 物细胞反应器以及植物细胞反应器。 二、酶反应器的类型和特点 酶反应器的形式很多，根据进料和出料的方式，可以分为以下类型： 1.间隙搅拌反应器 间隙搅拌反应器(batch stirred tank reactor,BSTR)又称为批量反应器、间歇式搅抖罐、 搅拌式反应罐。其特点是：底物与酶一次性投入反应器内，产物一次性取出：反应完成之后， 固定化酶（细胞），用过滤法或超滤法回收，再转入下一批反应。其优点是：装置较简单
第 5 章 延伸阅读 延伸阅读 5-1 酶反应器 利用生物催化剂将原料转化成有用物质的生产过程，称为生物反应过程，主要包括原材 料的预处理、生物催化剂的制备、反应器的选择和反应条件的调控及产物分离提纯等部分（图 S5-1）。在生物反应过程中，生物反应器（biological reactor）是用于完成生物化学反应（酶 促反应）的核心装置。它为生物化学反应提供合适的场所和最佳的反应条件，以便在生物催 化剂的催化下，使底物（原料）最大限度地转化成产物。它处于生物反应过程的中心地位， 是连接原料和产物的桥梁。根据使用对象的不同，生物反应器分为酶反应器和细胞反应器。 图 S5-1 生物反应过程示意图 一、酶反应器概念 酶反应器（enzyme reactor）是指以游离酶或固定化酶、固定化细胞作为生物催化剂， 进行酶促反应的装置。细胞反应器（cell reactor）则是利用增殖细胞内的酶系将培养基中的 成分转化成产品的装置。根据培养对象的不同，细胞反应器可以分为微生物细胞反应器，动 物细胞反应器以及植物细胞反应器。 二、酶反应器的类型和特点 酶反应器的形式很多，根据进料和出料的方式，可以分为以下类型： 1．间隙搅拌反应器 间隙搅拌反应器（batch stirred tank reactor, BSTR）又称为批量反应器、间歇式搅抖罐、 搅拌式反应罐。其特点是：底物与酶一次性投入反应器内，产物一次性取出；反应完成之后， 固定化酶（细胞），用过滤法或超滤法回收，再转入下一批反应。其优点是：装置较简单
成本较低，传质阻力很小，反应能迅速达到稳态。其缺点是操作麻烦，固定化酶经反复回收 使用时，易失活，故在工业生产中，间歇式酶反应器很少用于固定化酶，而常用于游离酶。 2.连续搅拌釜式反应器 连续搅拌釜式反应器(continuous stirred tank reactor,.CSTR)又称为连续式搅拌罐。向 反应器投入固定化酶和底物溶液，不断搅拌，反应达到平衡之后，再以恒定的流速连续流入 底物溶液，同时，以相同流速输出反应液（含产物）。其优点是：在理想状况下，混合良好， 各部位组成相同，并与输出成分一致。其缺点是：搅拌浆剪切力大，易打碎磨损固定化酶颗 粒。 3,填充床反应器 填充床反应器(packed bed reactor,.PBR)又称固定床反应器。将固定化酶填充于反应器 内，制成稳定的柱床，然后，通入底物溶液，在一定的反应条件下实现酶催化反应，以一定 的流速，收集输出的转化液（含产物）。由于它具有高效率、易操作、结构简单等优点，因 而，PB是目前工业生产及研究中应用最为普遍的反应器。它适用于各种形状的固定化酶 和不含固体颗粒、强度不大的底物溶液，以及有产物抑制的转化反应。其缺点是：传质系数 和传热系数相对较低。当底物溶液含固体颗粒或黏度很大时，不宜采用PBR。近年来，PBR 有了新发展，产生了带循环的固定床反应器和列管式固定床反应器。 4.流化床反应器 流化床反应器(fluidized bed reactor,FBR)其特点是底物溶液以足够大的流速，从反应 器底部向上通过固定化酶柱床时，便能使固定化酶颗粒始终处于流化状态。其流动方式使反 应液的混合程度介于CSTR和PFR之间。由于反应器内混合程度高，因此，传热、传质情 况良好。FBR可用于处理黏度较大和含有固体颗粒的底物溶液，同时，亦可用于需要供气 体或排放气体的酶反应（即固、液、气三相反应）。但因FBR混合均匀，故不适用于有产 物抑制的酶反应。 5.连续搅拌罐一超滤膜反应器 连续搅拌罐一超滤膜反应器(continuous stirred tank reactor/ultrafiltration reactor, CSTR-UFR)在CSTR出口处设置一个超滤器。该超滤器中的半透性超滤膜只允许小分子产 物通过，不允许大分子酶和底物通过。因此，可以将小分子产物与大分子酶和底物分开，有 利于产物回收。该反应器适用于颗粒较细的固定化酶、游离酶和细胞以及小分子产物与大分 子底物。 三、固定化酶反应器
成本较低，传质阻力很小，反应能迅速达到稳态。其缺点是操作麻烦，固定化酶经反复回收 使用时，易失活，故在工业生产中，间歇式酶反应器很少用于固定化酶，而常用于游离酶。 2．连续搅拌釜式反应器 连续搅拌釜式反应器（continuous stirred tank reactor, CSTR）又称为连续式搅拌罐。向 反应器投入固定化酶和底物溶液，不断搅拌，反应达到平衡之后，再以恒定的流速连续流入 底物溶液，同时，以相同流速输出反应液（含产物）。其优点是：在理想状况下，混合良好， 各部位组成相同，并与输出成分一致。其缺点是：搅拌浆剪切力大，易打碎磨损固定化酶颗 粒。 3．填充床反应器 填充床反应器（packed bed reactor, PBR）又称固定床反应器。将固定化酶填充于反应器 内，制成稳定的柱床，然后，通入底物溶液，在一定的反应条件下实现酶催化反应，以一定 的流速，收集输出的转化液（含产物）。由于它具有高效率、易操作、结构简单等优点，因 而，PBR 是目前工业生产及研究中应用最为普遍的反应器。它适用于各种形状的固定化酶 和不含固体颗粒、强度不大的底物溶液，以及有产物抑制的转化反应。其缺点是：传质系数 和传热系数相对较低。当底物溶液含固体颗粒或黏度很大时，不宜采用 PBR。近年来，PBR 有了新发展，产生了带循环的固定床反应器和列管式固定床反应器。 4．流化床反应器 流化床反应器（fluidized bed reactor, FBR）其特点是底物溶液以足够大的流速，从反应 器底部向上通过固定化酶柱床时，便能使固定化酶颗粒始终处于流化状态。其流动方式使反 应液的混合程度介于 CSTR 和 PFR 之间。由于反应器内混合程度高，因此，传热、传质情 况良好。FBR 可用于处理黏度较大和含有固体颗粒的底物溶液，同时，亦可用于需要供气 体或排放气体的酶反应（即固、液、气三相反应）。但因 FBR 混合均匀，故不适用于有产 物抑制的酶反应。 5．连续搅拌罐—超滤膜反应器 连 续搅 拌罐— 超 滤膜 反应 器（continuous stirred tank reactor/ultrafiltration reactor， CSTR-UFR）在 CSTR 出口处设置一个超滤器。该超滤器中的半透性超滤膜只允许小分子产 物通过，不允许大分子酶和底物通过。因此，可以将小分子产物与大分子酶和底物分开，有 利于产物回收。该反应器适用于颗粒较细的固定化酶、游离酶和细胞以及小分子产物与大分 子底物。 三、固定化酶反应器
高效的生物催化反应需在适宜的生物反应器中进行。以固定化酶为生物催化的所需容器 或附属设备称为酶反应器，它不同于化学反应器，在低温低压下进行反应，反应的产能或 耗能较少。其类型很多（图$5-2），主要有搅拌罐型反应器、固定床型反应器、流化床型 反应器、膜型反应器等。 底物 产物 循环流 底物 底物 底物 酶循环 底物 F 底物G 产物 底物 底物 产物 底物 物 图S5-2几种固定化酶反应器示意图 A间歇式搅拌罐：B连续式搅拌罐：C多级连续搅拌罐：D填充床（固定床）：E带循环的固定床：F列管 式固定床G流化床：H搅拌罐超滤器联合装置：1多釜串联半连续操反应器：」环流反应器：K螺旋卷生物 膜反应器
高效的生物催化反应需在适宜的生物反应器中进行。以固定化酶为生物催化的所需容器 或附属设备称为酶反应器，它不同于化学反应器， 在低温低压下进行反应，反应的产能或 耗能较少。其类型很多（图 S5-2），主要有搅拌罐型反应器、固定床型反应器、流化床型 反应器、膜型反应器等。 图 S5-2 几种固定化酶反应器示意图 A 间歇式搅拌罐；B 连续式搅拌罐；C 多级连续搅拌罐；D 填充床（固定床）；E 带循环的固定床；F 列管 式固定床 G 流化床；H 搅拌罐-超滤器联合装置；I 多釜串联半连续操反应器；J 环流反应器；K 螺旋卷生物 膜反应器
延伸阅读5-2生物传感器 一、生物传感器的概念 生物传感器(biosensor)是由生物学、医学、电化学、光学、热学及电子技术等多学科 相互渗透而产生的一种分析检测装置，是由感受器和换能器两部分组成的。感受器又称为分 子识别元件，是由生物活性物质与固相载体（如高分子膜、陶瓷膜、半导体元件等）结合而 成的。它能够识别混合物中目标物质，即能够选择性地使目标物质发生化学变化或物理变化， 从而产生化学信号（如：离子浓度，气体浓度等）或物理信号（如：温度变化，发光等）。 生物活性物质可以是酶、抗体、抗原、激素受体、微生物细胞、动物或植物的组织，以及细 胞器等。换能器可以是离子选择性电极、气敏电极、光导纤维、热敏电阻、压电晶体，以及 离子敏场效应晶体管等。它能够将上述化学信号或物理信号转变成电信号（如电位或电流）。 上述电信号，经过放大、数据处理，最后，测出混合物溶液中的某种物质的浓度（图$5-3）。 信号转换 分子识别 目标物质 电信号 物理变化 化学变化 其他物质 图S5-3生物传感器的功能结构 生物传感器的开发和应用是和酶的开发应用息息相关的。在20世纪60年代，科学家们 将酶与各种电化学传感器结合起来，创造出了新的分析装置一酶电极，它兼有了酶法和电极 法分析的优点，测定迅速而准确。例如由美国首先开发研制的葡萄糖酶电极，是由葡萄糖氧 化酶膜和溶氧电极构成，能够迅速测定人的血液和尿液中的葡萄糖含量，作为检测糖尿病患 者的工具。 二、生物传感器的分类 根据生物活性物质的不同，可以将生物传感器分为酶传感器(enzyme sensor)、微生物 传感器、免疫传感器、组织传感器和亚细胞传感器等。 1.酶传感器的结构与工作原理 (1)酶传感器的结构酶传感器是以固定化酶作为感受器，以基础电极作为换能器的
延伸阅读 5-2 生物传感器 一、生物传感器的概念 生物传感器（biosensor）是由生物学、医学、电化学、光学、热学及电子技术等多学科 相互渗透而产生的一种分析检测装置，是由感受器和换能器两部分组成的。感受器又称为分 子识别元件，是由生物活性物质与固相载体（如高分子膜、陶瓷膜、半导体元件等）结合而 成的。它能够识别混合物中目标物质，即能够选择性地使目标物质发生化学变化或物理变化， 从而产生化学信号（如：离子浓度，气体浓度等）或物理信号（如：温度变化，发光等）。 生物活性物质可以是酶、抗体、抗原、激素受体、微生物细胞、动物或植物的组织，以及细 胞器等。换能器可以是离子选择性电极、气敏电极、光导纤维、热敏电阻、压电晶体，以及 离子敏场效应晶体管等。它能够将上述化学信号或物理信号转变成电信号（如电位或电流）。 上述电信号，经过放大、数据处理，最后，测出混合物溶液中的某种物质的浓度（图 S5-3）。 图 S5-3 生物传感器的功能结构 生物传感器的开发和应用是和酶的开发应用息息相关的。在 20 世纪 60 年代，科学家们 将酶与各种电化学传感器结合起来，创造出了新的分析装置—酶电极，它兼有了酶法和电极 法分析的优点，测定迅速而准确。例如由美国首先开发研制的葡萄糖酶电极，是由葡萄糖氧 化酶膜和溶氧电极构成，能够迅速测定人的血液和尿液中的葡萄糖含量，作为检测糖尿病患 者的工具。 二、生物传感器的分类 根据生物活性物质的不同，可以将生物传感器分为酶传感器（enzyme sensor）、微生物 传感器、免疫传感器、组织传感器和亚细胞传感器等。 1． 酶传感器的结构与工作原理 （1）酶传感器的结构 酶传感器是以固定化酶作为感受器，以基础电极作为换能器的
生物传感器。根据感受器与基础电极结合方式不同，将酶传感器分为电极密接型和液流系统 型（图S5-4)。电极密接型：即直接在基础电极的敏感面上安装固定化酶膜，从而构成酶电 极。液流系统型：固定化酶与基础电极是分开的，将固定化酶填充在反应柱内，底物溶液流 经反应柱时，发生酶促反应，产生生化信号，再流经基础电极敏感面，此时，生化信号转换 成电信号。 离子电极 气体电极等 泵 酶填充柱 离子电极 气体电极等 酶膜 试样进入口 a b 酶传感器 a.电极密接型b.液流系统型 图S5-4酶传感器 (2)酶传感器的工作原理酶传感器的工作原理是把酶促反应中的生化信号转换成电 信号，从而检测目标物质含量的一种方法。具体而言，是指把酶电极插入待测溶液中，固定 化酶专一地催化混合物中目标物质发生化学反应，产生某种离子或气体等电极活性物质（生 化信号)，再由基础电极对其作出选择性响应：将生化信号转变成电信号，然后，经过放大、 数据处理，由记录仪给出混合物溶液中目的物质的浓度数据。 分子识别 信号转换 放大 数据 数据 生化 测量装置 处理 分析 信号 电信号 离子或 电位 气体 或电流 固定化酶膜 基础电极 图S5-5酶传感器工作原理 2.生物传感器的发展前景 生物传感器的开发依赖于生物技术、生物电子学和微电子学最新成果的不断渗透和发展， 在未来的研究工作中，生物传感器将进一步涉及医疗保健、疾病诊断、食品检测、环境检测
生物传感器。根据感受器与基础电极结合方式不同，将酶传感器分为电极密接型和液流系统 型（图 S5-4）。电极密接型：即直接在基础电极的敏感面上安装固定化酶膜，从而构成酶电 极。液流系统型：固定化酶与基础电极是分开的，将固定化酶填充在反应柱内，底物溶液流 经反应柱时，发生酶促反应，产生生化信号，再流经基础电极敏感面，此时，生化信号转换 成电信号。 图 S5-4 酶传感器 （2）酶传感器的工作原理 酶传感器的工作原理是把酶促反应中的生化信号转换成电 信号，从而检测目标物质含量的一种方法。具体而言，是指把酶电极插入待测溶液中，固定 化酶专一地催化混合物中目标物质发生化学反应，产生某种离子或气体等电极活性物质（生 化信号），再由基础电极对其作出选择性响应；将生化信号转变成电信号，然后，经过放大、 数据处理，由记录仪给出混合物溶液中目的物质的浓度数据。 图 S5-5 酶传感器工作原理 2. 生物传感器的发展前景 生物传感器的开发依赖于生物技术、生物电子学和微电子学最新成果的不断渗透和发展， 在未来的研究工作中，生物传感器将进一步涉及医疗保健、疾病诊断、食品检测、环境检测
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