第一篇：生物信息研究中常用蛋白質數據庫的總結

分子生物學論文

生物信息研究中常用蛋白質數據庫簡述

內蒙古工業大學理學院 呼和浩特 孫利霞 2010.1.5

摘要：在后基因組時代生物信息學的研究當中，離不開各種生物信息學數據庫。尤其在蛋白質從序列到功能的研究當中，目前各種行之有效的方法都是基于各種層次和結構的蛋白質數據庫。隨著計算機技術及網絡技術的發展，目前的蛋白質數據庫不論是所包含數據量還是功能都日新月異，新的數據庫層出不窮。一個新手面對如此浩瀚的數據量往往無從下手。本文粗淺地為目前蛋白質數據庫的使用勾畫出一個輪廓，作為自己蛋白質研究入門的一個引導。

關鍵詞：蛋白質；數據庫

0 引言

隨著科技的發展，個人的知識往往趕不上快速膨脹的信息量，人們為了解決這個問題，便創建了形形色色的數據庫。蛋白質數據庫是指：在蛋白質研究領域根據實際需要，對蛋白質序列、蛋白質結構以及文獻等數據進行分析、整理、歸納、注釋，構建出具有特殊生物學意義和專門用途的數據庫。蛋白質數據庫總體上可分為兩大類：蛋白質序列數據庫和蛋白質結構數據庫，蛋白質序列數據庫來自序列測定，結構數據庫來自X-衍射和核磁共振結構測定（詳見圖1）。這些數據庫是分子生物信息學的基本數據資源。上世紀90年代，我國從事蛋白質研究的學者使用的蛋白質數據庫儲存介質還是國外實驗室發布的激光光盤[1]。信息的傳播儲存甚為不便。隨著蛋白質研究的發展飛快，同時伴隨著計算機和因特網發展，蛋白質數據庫的儲存傳播方式也發生的巨大的變化。進入21世紀后，我們所用的各種蛋白質數據庫都發展成為存儲在網絡服務器上，基于“服務器—客戶機”的訪問查詢方式。伴隨著計算機及物理測試技術的發展數據庫的容量和功能成數量級膨脹。但是面對如此浩瀚的數據，新手往往感到無從下手，在需要時找不到自己需要的合適數據庫。

本文從目前蛋白質數據庫建立的的邏輯層次出發，系統地簡紹了常用蛋白質數據的概況，它們的查詢方法以及它們相互之間的聯系。同時盡量不涉及數據庫建設和維護方面的計算機和網絡這些數據庫底層的技術，為蛋白質研究的入門者及對蛋白質感興趣的人員的一個引導。

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圖1

兩大類蛋白質數據庫 建庫方式的分類

蛋白質數據庫種類繁多。一個的數據庫記錄通常包括兩部分：原始數據和對這些數據進行的生物學意義的注釋。以建庫的方式而論，大致可以分為四類：

一、最基礎的一級數據庫。這些數據庫一般是由國家或國際組織建設和維護的數據庫。如EMBL，PDB等。這樣的數據庫的優點是完整，更新及時，并提供了一些較好的服務軟件和平臺計算條件。缺點是對于數據的創新性，精確性和準確性沒有權威的評價，數據過多，重復，分類較粗。二、二級數據庫，（如圖2）。二級數據庫是在一級庫德基礎上，結合工作的需要將部分數據從一級庫中取出，重新組合而成的特定數據庫。這類數據庫專一性強，數據量相對較少，但質量高。數據庫結構設計精致。

三、專家庫。這是一種特殊的二級庫。與一般二級庫不同之處在于它是經過有經驗的專家進行人工校對標識之后建立的。這樣的庫質量很高，使用方便可靠，但是更新發展較為緩慢。這類庫的典型代表是SWISS-PORT。[2]

圖2

蛋白質二級結構數據庫的邏輯結構

???蛋白質功能位點數據庫:Prosite?????蛋白質序列指紋圖譜數據庫:Prints???以蛋白質序列數據庫為基礎構建的二級庫?????同源蛋白質家族數據庫:Pfam?????同源蛋白質結構域數據庫:Blocks????????免疫球蛋白數據庫:Kabat???蛋白質二級庫?以具有特殊功能的蛋白質為基礎構建的二級庫???蛋白激酶數據庫:Pkinase??????蛋白質二級結構構象參數數據庫DSSP???????以三維結構原子坐標為基礎構建的二級庫?已知空間結構的蛋白質家族數據庫FSSP????????已知空間結構的蛋白質及其同源蛋白質數據庫HSSP??????user

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分子生物學論文 蛋白質序列數據庫：UniProt數據庫

UniProt屬于蛋白質序列數據庫。如今的蛋白質序列數據庫中，有的收集實驗測定的序列，有的收集根據DNA序列等翻譯預測的蛋白質序列，有的這兩者都有收錄。SWISS-PROT、TrEMBL、PIR是曾經用的很廣泛的蛋白質序列數據庫。而今都并入了UniProt中。

現在UniProt有三個層次的數據庫：UniParc（UniProt Archive）收錄所有UniProt數據庫子庫中的蛋白質序列，雖然很大，但是信息比較粗糙。既包括重復的序列也包括未加注釋的序列；UniRef（UniProt Reference Clusters）是歸納UniProt幾個主要數據庫并將重復的序列去除后的數據庫。其中UniRef100是只去除完全重復的序列的數據庫，UniRef90是去除相似性在90%以上的相似序列數據庫；UinProtKB（UniProt Knowledgebase）是有詳細注釋并與其他數據庫及文獻有鏈接的數據庫，分為UinProtKB/SWISS-PROT與UinProtKB/TrEMBL兩部分。

2.1 SWISS-PROT

SWISS-PORT是含有詳細注釋內容的蛋白質序列數據庫。1987年由日內瓦大學醫學生物化學系（Department of Medical Biochemistry of the University of Geneva）與EMBL共同維護，現由EMBL的分支機構EBI進行維護。網址為：http://www.tmdps.cn/pdb/。隨著晶體衍射技術的不斷改進,結構測定的速度和精度也逐步提高。90年代以來,隨著多維核磁共振溶液構象測定方法的成熟,使那些難以結晶的蛋白質分子的結構測定成為可能。蛋白質分子結構數據庫的數據量迅速上升。據2000年5月統計，PDB數據庫中已經存放了1萬2千多套原子坐標,其中大部分為蛋白質，包括多肽和病毒。此外,還有user 第 4 頁 2015-12-23

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核酸、蛋白和核酸復合物以及少量多糖分子。近年來,核酸三維結構測定進展迅速。

PDB數據庫以文本文件的方式存放數據，每個分子各用一個獨立的文件。除了原子坐標外,還包括物種來源、化合物名稱、結構遞交以及有關文獻等基本注釋信息。此外，還給出分辨率、結構因子、溫度系數、蛋白質主鏈數目、配體分子式、金屬離子、二級結構信息、二硫鍵位置等和結構有關的數據。

每個PDB文件可能分割成一系列行，由行終止符終止。在記錄文件中每行由80列組成。每條PDB記錄末尾標志應該是行終止符。PDB文件中每行都是自我識別的。每行的前六列存放記錄名稱，左對齊空格補足.必須和規定的記錄名稱一致。PDB文件也可看成是各種記錄類型的總和。每個記錄類型包括一行或多行又被更深一層分成各字段。以下是PDB文件存儲數據格式的一個完整簡潔的說明：

一、標題部分 HEADER(分子類，公布日期、ID號)

OBSLTE(注明此ID號已改為新號)3 TITLE(說明實驗方法類型)

CAVEAT(可能的錯誤提示)5 COMPND(化合物分子組成)SOURCE(化合物來源)7 KEYWDS(關鍵詞)EXPDTA(測定結構所用的實驗方法)9 AUTHO（結構測定者)REVDAT(修訂日期及相關內容)11 SPRSDE(已撤銷或更改的相關記錄)JRNL(發表坐標集的文獻)13 REMARK：REMARK 1(有關文獻)、REMARK 2(最大分辨率)、REMARK 3(用到的程序和統計方法)、REMARK 4-999。二、一級結構 DBREF(其他序列庫的有關記錄)SEQADV(PDB與其他記錄的出入)3 SEQRES(殘基序列)MODRES(對標準殘基的修飾)

三、雜因子 HET(非標準殘基)HETNAM(非標準殘基的名稱)3 HETSNY(非標準殘基的同義字)

FORMOL（非標準殘基的化學式）四、二級結構 HELIX(螺旋)

SHEET(折疊片)

TURN(轉角)

五、連接注釋 SSBOND(二硫鍵)LINK(殘基間化學鍵)

HYDBND(氫鍵)user 第 5 頁 2015-12-23

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SLTBRG(鹽橋)

CISPEP(順式殘基)

六、簿記 MASTER(版權擁有者)2 END(文件結束)

另外，使用Rosmol程序可以利用PDB中的數據直接觀察蛋白質的三維結構[3]（如圖3）。

圖3

Rosmol 顯示的蛋白質三維結構圖

3.2 SCOP SCOP（Structural Classification of Proteins Database）是收錄蛋白質結構域的數據庫。SCOP根據數據結構與進化關系用人工及計算機自動處理，將蛋白質空間結構的組成部分結構域分為類（Class）、折疊（Folds），超家族（Superfamoly），家族（family）四個等級。其中按空間結構分出類與折疊。按進化關系分出超家族與家族。2004年SCOP有超過4萬個蛋白質結構域，分為7類，800個折疊，1294個家族，2327個超家族。

3.3CATH

CATH 是收錄蛋白質結構域的數據庫。CATH根據結構與同源性將蛋白質結構域分為C(class)A（architecture）T（topology）H（homologous）S（sequence user

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family）等幾個層次。按空間結構分為C、A、T從層，按同源性分為H、S兩層。2005年CATH中有3229個蛋白質結構域，分為4個C層、37個A層、813個T層和1467個H層[4]。結語

由于時間倉促，本文在創新性方面略顯單薄，并且沒有對蛋白質二級庫進行簡紹。甚為遺憾。但資料收集整理頗為繁瑣，僅以此文作為自己研一上半學期入門課程的一次總結和梳理。同時感謝胡老師的諄諄教導。

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參考文獻：

[1]李伍舉, 吳加令.蛋白質功能位點預測.生物化學與生物物理進展, 1993, 20:60～62 [2]趙國屏.生物信息學.北京：科學出版社,2002 [3]張成崗, 賀福初.生物信息學方法與實踐.北京：科學出版社,2002 [4]許忠能.生物信息學.北京：清華大學出版社,2008

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第二篇：生物說課稿《蛋白質》

生物說課稿《蛋白質》

一、說教材

本課是人教版生物必修1第2章第2節內容，參考課時為1課時。本課包含氨基酸及其種類、蛋白質的結構及其多樣性、蛋白質的功能等內容，側重讓學生了解蛋白質的組成、結構和功能的多樣性，及其能夠成為生命活動的主要承擔者的原因。教科書沒有直接給出氨基酸的結構通式，而是讓學生觀察4種氨基酸的結構，通過思考與討論，找出氨基酸結構的共同特點，加深對氨基酸結構的理解。這種讓學生通過主動探究得出結論的呈現方式，落實了探究性學習課程理念。關于蛋白質結構與功能的多樣性，教材采用圖文結合的形式，讓學生在獲取形象、豐富的信息內容的同時，培養學生分析和處理信息的能力。科學史話和科學前沿分別介紹了相關領域的重大科研成果，讓學生在了解與蛋白質研究有關的科學史和前沿進展的同時，培養愛國主義精神，增加民族自信心和自豪感。此學習本課，具有重要意義。

下面分析我的教學對象。

二、說學情

學生通過前面章節的學習對于組成細胞的化合物已經有了一定認識，知道蛋白質是組成細胞的重要化合物，了解蛋白質的檢測方法。在這一前提下學習本課內容可以做到深入淺出，層層深入。高一學生對于生物學科的學習已經有了初中階段的基礎，初步掌握生物學科學習的方法，認同生物結構決定功能的基本理念。

基于以上分析，結合新課程標準對于教學目標多元化的要求，我將確定如下教學目標：

三、教學目標 【知識目標】

1.說明氨基酸的結構特點，以及氨基酸形成蛋白質的過程。2.概述蛋白質的結構和功能。【能力目標】 提升科學探究能力。【情感態度與價值觀目標】

1.認同蛋白質是生命活動的主要承擔者。2.關注蛋白質研究的新進展。

四、教學重難點 【重點】

氨基酸的結構特點，以及氨基酸形成蛋白質的過程;蛋白質的結構和功能。【難點】

氨基酸形成蛋白質的過程;蛋白質的結構多樣性的原因。

五、說教學方法

在探究氨基酸結構通式的過程中采用講授法、討論法與游戲法，激發學生學習興趣，明確氨基酸結構通式;在講解氨基酸脫水縮合最終形成蛋白質的過程中采用講授法、探究法等，總結歸納氨基酸相關計算;在講解蛋白質結構與功能多樣性的過程中采用討論法、合作學習法等，加強學生之間的溝通，培養情感態度與價值觀，認同結構決定功能的觀點。

接下來，我重點講解我的教學過程。

六、說教學過程 環節一：導入新課

在此環節，通過提問檢測蛋白質的方法，引導學生思考生物組織中蛋白質含量、哪些食物富含蛋白、為什么有些食品中要添加某些氨基酸，目的是聯系學生已有知識和生活經驗，利用問題探討創設情境，激發學生學習興趣，順利引入新課。

環節二：新課教學(一)氨基酸及其種類

為了使學生認同氨基酸是組成蛋白質的基本單位，并知道生物體內組成蛋白質的氨基酸約有20種，通過講授法介紹不同類型的氨基酸結構式，引導學生思考氨基酸的結構具有哪些共同特點?“氨基酸”這一名詞與其分子結構有對應關系嗎?通過比較分析學生能夠歸納總結氨基酸分子結構通式。在此基礎上教師給學生講解必需氨基酸、非必需氨基酸。氨基酸及其種類的學習是學生學習蛋白質結構及其多樣性的基礎。

(二)蛋白質的結構及其多樣性

蛋白質是以氨基酸為基本單位構成的生物大分子，種類繁多。那么20種氨基酸如何構成種類眾多的蛋白質呢?教師通過圖示講解氨基酸脫水縮合形成二肽的過程。脫水縮合是高考的重要考點，涉及計算題目的考查，因此講解過程中會結合氨基酸結構通式講解脫水縮合過程中肽鍵、氨基、羧基以及形成水分子的數量。這是本節課的教學重點，同時也是難點。

學生討論總結，蛋白質分子結構多樣的原因：每種氨基酸數目成百上千，氨基酸形成肽鏈時，不同種類氨基酸的排列順序千變萬化，肽鏈的盤曲折疊方式及形成的空間結構千差萬別。

(三)蛋白質的功能

蛋白質的結構多種多樣，其承擔的功能也是多種多樣的。在這一環節采用合作探究法，學生以小組討論的形式自主探究蛋白質常見的功能。教師提問蛋白質功能多樣的原因?學生總結結構決定功能。這一環節既是對前面所學內容的深化，同時也是對學生情感態度與價值觀目標的塑造。

環節三：總結提升

教師引導學生總結一切生命活動都離不開蛋白質，蛋白質是生命活動的主要承擔者。為鞏固學生所學內容，教師布置課外作業，消化吸收所學內容。以上就是本節課的教學過程設計，下面闡述本節課的板書設計。

七、說板書設計

板書可以清晰直觀的展示本節課的教學重點，解決教學難點，加深學生對重要知識掌握和理解的程度。據此，板書設計如下：

以上是“《生命活動的主要承擔者——蛋白質》說課稿”全部內容。

中公講師解析

第三篇：檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質

一．實驗目的：嘗試用化學試劑檢測生物組織中糖類、脂肪和蛋白質

二．實驗原理：某些化學試劑能使生物組織中的有關有機化合物，產生特定的顏色反應。

1．可溶性還原糖（如葡萄糖、果糖、麥芽糖）與斐林試劑發生作用，可生成磚紅色的Cu2O沉淀。如： 葡萄糖+ Cu(OH)2___加熱_______葡萄糖酸 + Cu2O↓（磚紅色）+ H2O，即Cu(OH)2被還原成Cu2O，葡萄糖被氧化成葡萄糖酸。

2．脂肪可以被蘇丹Ⅲ染液染成橘黃色（或被蘇丹Ⅳ染液染成紅色）。淀粉遇碘變藍色。

3．蛋白質與雙縮脲試劑發生作用，產生紫色反應。（蛋白質分子中含有很多肽鍵，在堿性NaOH溶液

中能與雙縮脲試劑中的Cu2+作用，產生紫色反應。）

三．實驗材料

1．做可溶性還原性糖鑒定實驗，應選含糖高，顏色為白色的植物組織，如蘋果、梨。（因為組織的顏色較淺，易于觀察。）

2．做脂肪的鑒定實驗。應選富含脂肪的種子，以花生種子為最好，實驗前一般要浸泡3~4小時（也可用蓖麻種子）。

3．做蛋白質的鑒定實驗，可用富含蛋白質的黃豆或雞蛋清。

四、實驗試劑

斐林試劑（包括甲液：質量濃度為0.1g/ mL NaOH溶液和乙液：質量濃度為0.05g/ mL CuSO4溶液）、蘇丹Ⅲ或蘇丹Ⅳ染液、雙縮脲試劑（包括A液：質量濃度為0.1g/ mL NaOH溶液和B液：

質量濃度為0.01g/ mL CuSO4溶液）、體積分數為50%的酒精溶液，碘液、蒸餾水。

五、方法步驟：

三、蛋白質的鑒定

【學習重難點】 檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質

【重要考點】主要的考點是鑒定所用的試劑及相應的顏色反應，斐林試劑和雙縮脲試劑的區別（溶液濃度不同，使用原理不同，使用方法不同）；實驗選材等。

【基礎回顧】

1、檢測還原糖所使用的試劑是，該試劑使用時，應先，該試劑與還原糖作用形成色沉淀。

2、檢測脂肪所用的試劑是，該試劑與脂肪作用被染成色。

3、檢測蛋白質所用的試劑是，該試劑與蛋白質作用，產生色，使用時應。

4，檢測淀粉使用試劑是，作用的結果是呈色。

【重點問題探究】

1、選材：要富含有待測的物質，且顏色近于無色或白色（為什么？）

2、還原糖鑒定過程中顏色變化過程：藍色（氫氧化銅的顏色）→棕色（氫氧化銅和氧化

亞銅混合物的顏色）→磚紅色（氧化亞銅的顏色）。

3、斐林試劑和雙縮脲試劑的區別

（1）相同點：①試劑組成相同，都是由NaOH溶液和CuSO4溶液兩部分組成。②NaOH溶液的濃度相同，都是0.1g／ml.(2)不同點：

①CuSO4溶液的濃度不同。斐林試劑中的濃度是0.05 g／ml，雙縮脲試劑中濃度是0.01 g／ml。②用量不同。斐林試劑中把甲液（NaOH）和乙液（CuSO4）等量混合1ml使用；雙縮

脲試劑是先在含蛋白質的溶液中加入1mlA液（NaOH溶液），混合均勻后，再滴幾滴B

液（CuSO4溶液，量較少）。

③使用方法不同：斐林試劑中兩部分試劑要現配現用，且把待測試管放在盛有50~6

5度的溫水的大杯中加熱約2min而雙縮脲試劑是先加A液（NaOH）1ml，搖勻后再加B液（CuSO4）4滴再搖勻。④原理不同：

斐林試劑是指新制的Cu(OH)2懸濁溶液。還原糖與新制的Cu(OH)2在加熱煮沸條件

下，能生成磚紅色的氧化亞銅沉淀。實驗過程中，必須先把甲液（NaOH）和乙液（Cu

SO4）等量混合，讓其反應生成Cu(OH)2后，才能加入到含有還原糖的組織液中。如果先后或者說分別把NaOH溶液和CuSO4溶液加入到含有還原糖的組織液中，組織液中的有機酸會與NaOH迅速反應，使反應物中沒有Cu(OH)2或Cu(OH)2不足，從而使還原糖與Cu(OH)2的反應不能進行或現象不明顯，影響了還原糖的鑒定。

雙縮脲反應是指具有兩個或兩個以上肽鍵的化合物在堿性條件下與Cu2+反應，生

成紫色的絡合物。所有的蛋白質均有此顯色反應。它是NaOH和CuSO4兩種溶液。在實驗過程中，先在含蛋白質的溶液中加入1ml的NaOH溶液，混合均勻后，再滴幾滴CuSO4溶液（量較少）。即先后加入NaOH和CuSO4溶液。如果在NaOH中滴幾滴CuSO4溶液混合后，再加入到含蛋白質的溶液中，混合液就沒有Cu2+，顯色反應就不會發生。

4、可溶性還原糖、脂肪、蛋白質的鑒定的實驗原理、方法、步驟和現象：

【典例分析】

將面包團包在紗布中在清水中搓洗，鑒定粘留在紗布上是粘稠物和洗出的白漿分別用的試劑是（）

A 碘液、蘇丹Ⅲ溶液B、雙縮脲試劑、碘液

C、亞甲基藍溶液、蘇丹Ⅲ溶液D、碘液、斐林試劑 【鞏固練習】

1、下列各項可作為鑒定生物組織中還原糖的理想材料的是（）A、韭菜B、白菜C、菠菜D、梨

2、在麥芽糖酶溶液中加入雙縮脲試劑，其結果應該是（）

A、產生氣泡B、溶液呈藍色C、溶液呈紫色D、產生磚紅色沉淀

3、在“檢測生物組織中糖類、脂肪和蛋白質”實驗中，對實驗材料的選擇，下列敘述錯誤的是（）

A、甘蔗莖的薄壁組織、甜菜的塊根等，都含有較多的糖且近于白色，因此可以用于進行還原糖的鑒定

B、花生種子含脂肪多且子葉肥厚，是用于脂肪鑒定的理想材料

C、大豆種子蛋白質含量高，是進行蛋白質鑒定的理想植物組織材料

D、雞蛋清含蛋白質多，是進行蛋白質鑒定的動物材料

4、據藥理研究，一種茅草的根內含有降血糖的因子及多種有益于健康的成分，某公司將它開發成一種保健飲料。該產品是否適用于糖尿病患者，生物學興趣小組的同學以此作為研究課題，請你完成下面的實驗鑒定報告。

（1）實驗目的：鑒定一種茅草的根是否含有還原糖和淀粉。

（2）實驗原理：還原糖可用試劑，淀粉可用試劑來檢測。（3）實驗材料：一種茅草的根、所需試劑、刀片、載玻片、酒精燈、試管夾、火柴、滴管

（4）實驗步驟：

①鑒定還原糖：；②鑒定淀粉：；（5）實驗現象：；（6）結果分析：。（7）在鑒定還原糖的實驗操作中應注意：。

5、某商場所賣的脫脂奶粉被懷疑為假冒偽劣產品。生物學研究性學習學習小組的同學想

把調查脫脂奶粉的合格率作為研究課題。假如你是課題組成員，交給你的任務是鑒定真假脫脂奶粉。（1）搜集資料：

①全脂奶粉含有蛋白質，脂肪和蔗糖等成分，脫脂奶粉含有高蛋白、滴脂肪等成分。②假冒脫脂奶粉有兩種：一是全脂奶粉冒充脫脂奶粉，二是用淀粉冒充。（2）鑒定是否用淀粉冒充：

（3）鑒定是否用全脂奶粉冒充：

（4）結果分析：

第四篇：檢測生物組織中糖類脂肪和蛋白質實驗報告

檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質

雙基落實 成分 A 還原糖 B 蛋白質 C 脂肪 D 淀粉 試劑

用法

現象

【知識拓展】

斐林試劑檢測原理：斐林試劑甲乙兩液混合得到的 Cu（OH）2 與 還原糖中的 醛基在沸水浴加熱條件下反應而生成磚紅色的 Cu 2 2 O O 沉淀

雙縮脲試劑檢測原理：在堿性環境下的 Cu2+。與蛋白質中的肽鍵反應，生成紫色絡合物。

小組實驗評價量規表

實驗 報告

：

實驗結果：

（請 在你選擇 探究 的材料前劃” “√”）

成分

材料

還原糖

蛋白質

脂肪

淀粉

若含有某成分，請用“+ + ”表示，不含則用“ — ”

實驗結論：

________（材料）中含有 _____________________ ___________((化合物))

實驗中又發現了哪些新問題？

通過本實驗你學到哪些知識？

1、最困難的事就是認識自己。20.8.158.15.202011:0411:04:48Aug-2011:04 2、自知之明是最難得的知識。二〇二〇年八月十五日 2020 年 8 月 15 日星期六 3、越是無能的人，越喜歡挑剔別人。11:048.15.202011:048.15.202011:0411:04:488.15.202011:048.15.2020 4、與肝膽人共事，無字句處讀書。8.15.20208.15.202011:0411:0411:04:4811:04:48 5、三軍可奪帥也。Saturday, August 15, 2020August 20Saturday, August 15, 20208/15/2020 6、最大的驕傲于最大的自卑都表示心靈的最軟弱無力。11 時 4 分 11 時 4 分 15-Aug-208.15.2020 7、人生就是學校。20.8.1520.8.1520.8.15。2020 年 8 月 15 日星期六二〇二〇年八月十五日 8、你讓愛生命嗎，那么不要浪費時間。11:0411:04:488.15.2020Saturday, August 15, 2020 親愛的用戶：

煙雨江南，畫屏如展。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節，愿你生活像春天一樣陽光，心情像桃花一樣美麗，感謝你的閱讀。

第五篇：核磁共振方法研究蛋白質結構

核磁共振方法研究蛋白質結構

維特里希教授創建的方法是對水溶液中的蛋白質樣品測定一系列不同的二維核磁共振圖譜，然后根據已確定的蛋白質分子的一級結構，通過對各種二維核磁共振圖譜的比較和解析，在圖譜上找到各個序列號氨基酸上的各種氫原子所對應的峰。有了這些被指認的峰，就可以根據這些峰在核磁共振譜圖上所呈現的相互之間的關系得到它們所對應的氫原子之間的距離。可以想象，正是因為蛋白質分子具有空間結構，在序列上相差甚遠的兩個氨基酸有可能在空間距離上是很近的，它們所含的氫原子所對應的NMR峰之間就會有相關信號出現。通常，如果兩個氫原子之間距離小于0.5納米的話，它們之間就會有相關信號出現。一個由幾十個氨基酸殘基組成的蛋白質分子可以得到幾百個甚至幾千個這樣與距離有關的信號，按照信號的強弱把它們轉換成對應的氫原子之間的距離，然后運用計算機程序根據所得到的距離條件模擬出該蛋白質分子的空間結構。該結構既要滿足從核磁共振圖譜上得到的所有距離條件，還要滿足化學上有關原子與原子結合的一些基本限制條件，如原子間的化學鍵長、鍵角和原子半徑等。

從1980年代初維特里希教授發展出這種方法至今，核磁共振技術在生物大分子的結構研究方面有了飛速的發展，一方面是由于儀器技術本身的發展，能夠產生的磁場越來越強；計算機的計算速度也越來越快，更多地是由于實驗方法上的創新和發展，由二維的核磁共振實驗發展成三維甚至更多維的實驗；借助于基因技術可以得到同位素富集的蛋白質樣品,核磁共振的實驗也從原來單一的核發展到三種甚至四種核同時在一個實驗中共振而產生相關信號。核磁共振方法的應用范圍也從原來單一的蛋白質分子的空間結構研究發展到蛋白質動力學方面的研究，蛋白質與蛋白質、蛋白質與核酸以及小分子的相互作用和藥物篩選中蛋白質分子與藥物分子的結合等方面。隨著人類基因組學和蛋白質組學研究的不斷深入，蛋白質結構組學的研究也會隨之興起，核磁共振技術在這方面的應用會更多更廣。這些應用的需求反過來也會促進核磁共振技術本身的進步和發展，使之更趨成熟和完善

H-HCOSY是確定質子間偶合關系的有力工具，就這種作用來說，它相當于多次質子同核自旋去偶實驗，但二者各有長處。H-HCOSY中的相關峰（或稱交叉峰）主要反映的是2J和3J偶合關系，偶爾會出現遠程相關峰。

TOCSY（全相關譜，TOtal Correlation Spectroscopy）

可以找到同一偶合體系中所有氫核的相關信息，也就是說，從某一個氫核的信號出發，能找到與它處在同一個自旋系統中所有質子的相關峰。這是一種很有用的2DNMR技術。

COSY通常只能看到相鄰碳的氫的相關，（有時稍微遠一點）。但是TOCSY順著化學鍵可以看到相隔若干個碳的氫相關。因此TOCSY譜圖繁雜得多，不過也確實很有用。所需要時間和COSY差不多。

核磁共振ROESY和NOESY的區別及 適用范圍

核磁共振ROESY和NOESY的區別及 適用范圍

答案一： 在1000~3000用ROESY，小于1000大于3000用NOESY。

答案二： ROESY是旋轉坐標系下的NOESY。小分子的NOE是反相的，大分子是正相的。當分子量接近2000時，NOE趨于0。在旋轉坐標系下NOE始終為正，故測2000左右的樣品時須用ROESY。

答案三：

NOESY：Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy 二維NOE譜

ROESY：Rotating Frame Overhauser Effect Spectroscopy 旋轉坐標系NOE譜

相同點：

1)都是二維核磁共振實驗(包括同核和異核實驗)。同核實驗主要有1H-1H COSY，TOCSY，E.COSY, NOESY，ROESY，relay-NOESY等實驗，主要用于自旋體系(殘基內部)的譜峰確認，耦合常數的測定，順序識別，以及由NOE交叉峰的強度得出質子間距離約束條件。這也是非標記樣品所能進行的主要實驗。

2)都是檢測 H-H 的空間相關, 距離3.5-5 A，可以考察化合物的立體結構;

不同點：

1)分子量在 1000-3000范圍，建議使用 roesy;小于1000和大于3000的化合物宜做NOESY。

2)noesy 是相敏圖, 在對角峰附近的分辨率較差;

3)roesy 得到的都是吸收譜，因此有相信號點(交叉峰)距離對角峰近的可以考慮使用 roesy。

氫原子在分子中的化學環境不同,而顯示出不同的吸收峰,峰與峰之間的差距被稱作化學位移；化學位移的大小,可采用一個標準化合物為原點,測出峰與原點的距離,就是該峰的化學位移,現在一般采用(CH3)4Si(四甲基硅烷TMS)為標準化合物,其化學位移值為0 ppm.處在不同環境中的氫原子因產生共振時吸收電磁波的頻率不同,在圖譜上出現的位置也不同,利用化學位移,峰面積和積分值以及耦合常數等信息,進而推測其在碳骨架上的位置.二維核磁共振波譜的基本原理

二維核磁共振譜的出現和發展，是近代核磁共振波譜學的最重要的里程碑。極大地方便了核磁共振的譜圖解析。

二維核磁共振譜是有兩個時間變量，經兩次傅里葉變換得到的兩個獨立的頻率變量圖一般把第二個時間變量t2表示采樣時間，第一個時間變量t1則是與 t2無關的獨立變量，是脈沖序列中的某一個變化的時間間隔。

二維核磁共振譜的特點是將化學位移、耦合常數等核磁共振參數展開在二維平面上，這樣在一維譜中重疊在一個頻率坐標軸上的信號分別在兩個獨立的頻率坐標軸上展開，這樣不僅減少了譜線的擁擠和重疊，而且提供了自旋核之間相互作用的信息。這些對推斷一維核磁共振譜圖中難以解析的復雜化合物結構具有重要作用。

劃分區域

一個二維核磁共振試驗的脈沖序列一般可劃分為下列幾個區域：

預備期(preraration)—演化期 t1(evolution)—混合期tm(mixing)—檢測期t2(detection)。檢測期完全對應于一維核磁共振的檢測期，在對時間域t2進行Fourier變換后得到F2頻率域的頻率譜。二維核磁共振的關鍵是引入了第二個時間變量演化期 t1。當樣品中核自旋被激發后，它以確定頻率進動，并且這種進動將延續相當一段時間。在這個意義上講，我們可以把核自旋體系看成有記憶能力的體系，Jeener就是利用這種記憶能力，通過檢測期間接演化期中核自旋的行為。

氫的核磁共振譜提供了三類極其有用的信息：化學位移、偶合常數、積分曲線。應用這些信 息，可以推測質子在碳胳上的位置。

根據前面討論的基本原理，在某一照射頻率下，只能在某一磁感應強度下發生核磁共振。例如：照射頻率為60 MHz，磁感應強度是 14.092 Gs(14.092×10^-4 T），100 MHz—23.486

Gs(23.486×10^-4

T），200

MHz—46.973 Gs(46.973×10^-4 T）。600 MHz—140.920 Gs(140.920×10^-4 T）。但實驗證明：當1H在分子中所處化學環境（化學環境是指1H的核外電子以及與1H 鄰近的其它原子核的核外電子的運動情況）不同時，即使在相同照射頻率下，也將在不同的共振磁場下顯示吸收峰。下圖是乙酸乙酯的核磁共振圖譜，圖譜表明：乙酸乙酯中的8個氫，由 于分別處在a，b，c三種不同的化學環境中，因此在三個不同的共振磁場下顯示吸收峰。同種核由于在分子中的化學環境不同而在不同共振磁感應強度下顯示吸收峰，這稱為化學位移（chemical shift）。化學位移是怎樣產生的？分子中磁性核不是完全裸露的，質子被價電子包圍著。這些電子 在外界磁場的作用下發生循環的流動，會產生一個感應的磁場，感應磁場應與外界磁場相反（楞次定律），所以，質子實際上感受到的有效磁感應強度應是外磁場感應強度減去感應磁場強度。即

B有效=B0(1-σ）=B0-B0σ=B0-B感應

外電子對核產生的這作用稱為屏蔽效應（shielding effect），也叫抗磁屏蔽效應（diamagnetic effect）。稱為屏蔽常數（shielding constant）。與屏蔽較少的質子比較，屏蔽多的質子對外磁場感受較少，將在較高的外磁場B0作用下才能發生共振吸收。由于磁力線是閉合的，因此感應磁 場在某些區域與外磁場的方向一致，處于這些區域的質子實際上感受到的有效磁場應是外磁場B0加上感應磁場B感應。這種作用稱為去屏蔽效應（deshielding effect）。也稱為順磁去屏蔽效應（paramagnetic effect）。受去屏蔽效應影響的質子在較低外磁場B0作用下就能發生共振吸收。綜上所述：質子發生核磁共振實際上應滿足：

ν射=γB有效/2π

因在相同頻率電磁輻射波的照射下，不同化學環境的質子受的屏蔽效應各不相同，因此它們發生 核磁共振所需的外磁場B0也各不相同，即發生了化學位移。

對1H化學位移產生主要影響的是局部屏蔽效應和遠程屏蔽效應。核外成鍵電子的電子云 密度對該核產生的屏蔽作用稱為局部屏蔽效應。分子中其它原子和基團的核外電子對所研究的 原子核產生的屏蔽作用稱為遠程屏蔽效應。遠程屏蔽效應是各向異性的。化學位移的差別約為百萬分之十，要精確測定其數值十分困難。現采用相對數值表示法，即選用一個標準物質，以該標準物的共振吸收峰所處位置為零點，其它吸收峰的化學位移值根據這 些吸收峰的位置與零點的距離來確定。最常用的標準物質是四甲基硅（CH3)4Si簡稱TMS。選TMS為標準物是因為：TMS中的四個甲基對稱分布，因此所有氫都處在相 同的化學環境中，它們只有一個銳利的吸收峰。另外，TMS的屏蔽效應很高，共振吸收在高場出現，而且吸收峰的位置處在一般有機物中的質子不發生吸收的區域內。現規定化學位移用δ來 表示，四甲基硅吸收峰的δ值為零，其峰右邊的δ值為負，左邊的δ值為正。測定時，可把標準物與樣品放在一起配成溶液，這稱為內標準法。也可將標準物用毛細管封閉后放人樣品溶液中進 行測定，這稱為外標準法。此外，還可以利用溶劑峰來確定待測樣品各個峰的化學位移。

由于感應磁場與外磁場的B0成正比，所以屏蔽作用引起的化學位移也與外加磁場B0成正 比。在實際測定工作中，為了避免因采用不同磁感應強度的核磁共振儀而引起化學位移的變化，δ一般都應用相對值來表示，其定義為

δ=(ν樣-ν標)/ν儀×10^6 ④

在式④中，ν樣和ν標分別代表樣品和標準化合物的共振頻率，ν儀為操作儀器選用的頻率。多數有機物的質子信號發生在0～10處，零是高場，10是低場。需注意也有一些質子的信號是在小于0的地方出現的。如安扭烯的環內的質子，受到其外芳環磁各向異性的影響，甚至可以達到-2.99。此外，在不同兆數的儀器中，化學位移的值是相同的。化學位移取決于核外電子云密度，因此影響電子云密度的各種因素都對化學位移有影響，影 響最大的是電負性和各向異性效應。

⑴電負性（誘導效應）

電負性對化學位移的影響可概述為：電負性大的原子（或基團）吸電子能力強，1H核附近的吸電子基團使質子峰向低場移（左移），給電子基閉使質子峰向高場移（右移）。這是因為吸電子基團降低了氫核周圍的電子云密度，屏蔽效應也就隨之降低，所以質子的化學位 移向低場移動。給電子基團增加了氫核周圍的電子云密度，屏蔽效應也就隨之增加，所以質子的 化學位移向高場移動。下面是一些實例。

實例一： 電負性 C 2.6 N 3.0 O 3.5 δ C—CH3(0.77～1.88)N—CH3(2.12～3.10)O—CH3(3.24～4.02)實例二： 電負性 Cl 3.1 Br 2.9 I 2.6 δ CH3—Cl(3.05)CH2—Cl2(5.30)CH—Cl3(7.27)CH3—Br(2.68)CH3—I(2.16)電負性對化學位移的影響是通過化學鍵起作用的，它產生的屏蔽效應屬于局部屏蔽效應。

⑵各向異性效應

當分子中某些基團的電子云排布不呈球形對稱時，它對鄰近的1H核產 生一個各向異性的磁場，從而使某些空間位置上的核受屏蔽，而另一些空間位置上的核去屏蔽，這一現象稱為各向異性效應（anisotropic effect）。

除電負性和各向異性的影響外，氫鍵、溶劑效應、van der Waals效應也對化學位移有影響。氫鍵對羥基質子化學位移的影響與氫鍵的強弱及氫鍵的電子給予體的性質有關，在大多數情況 下，氫鍵產生去屏蔽效應，使1H的δ值移向低場。有時同一種樣品使用不同的溶劑也會使化學位移值發生變化，這稱為溶劑效應。活潑氫的溶劑效應比較明顯。

當取代基與共振核之間的距離小于van der Waals半徑時，取代基周圍的電子云與共振核周圍的電子云就互相排 斥，結果使共振核周圍的電子云密度降低，使質子受到的屏蔽效應明顯下降，質子峰向低場移動，這稱為van der Waals效應。氫鍵的影響、溶劑效應、van der Waals效應在剖析NMR圖譜時很有用。

（3）共軛效應

苯環上的氫若被推電子基取代，由于P-π共軛，使苯環電子云密度增大，質子峰向高場位移。而當有拉電子取代基則反之。對于雙鍵等體系也有類似的效果。