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结构生物学简介、应用及方法

结构生物学是一门以分子生物学生物化学和生物物理学的分支,关心的生物大分子(如蛋白质分子和核酸分子)的分子三维结构(Tertiary structure)(包括构架和形态),它们是如何获得它们的结构,并研究改变它们的结构与影响其功能的关系的学科。由于结构生物学能够解释生物大分子的构象和相互作用的方式,而所有的生命活动都是通过各种生物大分子的相互作用来实现;因此,对于生物学家们来说,这是一个非常有吸引力的领域。

蛋白质及其复合物三维结构的测定是生物研究最重要的科学基础之一,和结构相关工作共获诺贝尔奖25项,占诺贝尔奖自然科学部分的8%。在医药研发中,蛋白质晶体学也被广泛用于基于结构的新药设计。

目前蛋白质三维结构的测定主要有三大手段:X射线晶体学、核磁共振技术(NMR)以及冷冻电镜三维重构技术。这些研究方法都有其优点和缺陷,不同的研究对象需要采用不同的方法。X射线晶体学是目前分辨率最高的结构测定方法,但是首先要拿到蛋白质晶体,分子量很大的蛋白以及膜蛋白很难得到晶体,这是其局限性。核磁共振光谱学比较适合研究小分子量(通常小于20kDa)的蛋白和蛋白相互作用位点的信息,而冷冻电镜比较适合研究超大分子量蛋白复合物(通常远大于100kDa)甚至亚细胞器的结构;因此往往需要通过结合不同的方法来互补。

为什么要研究生物大分子的结构?

  • 阐明生物大分子的结构与功能关系,揭示生命过程的详细分子机制

  • 揭示蛋白质的折叠规律,破译第二遗传密码

  • 实用价值:用于开发新药,新材料和新的诊断方法

存储大分子结构数据的数据库(PDB, protein data bank):

http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do

结构生物学的研究现状

结构生物学是生命科学的前沿和主流

•分子生物学的每一个前沿突破都与结构生物学密切相关

•结构生物学已经渗透到生物学的各个相关领域

结构生物学的研究范围已经涉及到大多数重要的生命活动,对生命过程的分子机理的阐明达到了前所未有的深度和广度

结构生物学越来越紧密地与人类健康和疾病相关

•“构象病”的分子机理的阐明

•基于结构的理性药物设计

结构测定正在加速

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截止2015年3月,PDB数据库中不同测定方法所获得的大分子结构数量,X射线晶体学依然是大分子结构测定的主流方法。

Souce: 纽普生物    2017-12-27