蛋白质结构域划分方法及在线服务综述
蛋白质功能区域的结构分析
蛋白质功能区域的结构分析蛋白质是生命活动中不可或缺的组成部分，它们能够承担多种功能，如催化化学反应、运输物质、传递信号、提供结构支持等。
而蛋白质实现这些功能的基础，就是它们内部的功能区域结构。
本文将对蛋白质功能区域的结构进行分析。
一、功能区域介绍蛋白质的功能区域分为结构域和功能域两种。
结构域包括了保守性极高的二级、三级和四级结构区域，而功能域则是蛋白质内部功能分区的最小单元。
其根据不同的功能，可以分为催化酶活性域、配体结合区域、信号传递域、膜蛋白跨膜区域等。
其中，催化酶活性域是蛋白质进行催化反应的最重要结构域之一。
催化酶活性域一般由多个氨基酸组成，它们相互作用，形成一个略微凹陷的活性中心。
活性中心内存在着一些关键氨基酸残基，它们能够催化反应的进行。
二、功能区域结构的分析蛋白质的功能区域结构与其功能密切相关。
例如催化酶活性域，其结构具有很高的特异性，可以催化十分复杂的化学反应。
催化酶能够高效地转化反应底物，并在反应中不消耗本身，大大提高了生命体的代谢效率。
配体结合区域的结构也十分特殊，一般采用蛋白质和配体互补的结构。
这种结构能够保证配体和蛋白质之间的相互作用为最强，从而发挥最大的生物学效应。
例如药物的结合到蛋白质受体时，具备十分高的特异性，从而能够实现精准、高效的药物作用。
信号传递域则是进行信息传递的重要组成部分。
它能够将外界刺激转化为内部信号，从而启动一些生物学反应。
一些结构上的微小变化，可以使这些域从关闭状态切换到开放状态，启动信号传递过程。
三、功能区域的作用蛋白质的功能区域结构决定了它们的生物学功能。
这些功能区域在生理、病理、药物研究等各个方面都有着重要的应用。
例如：1、药物研究：研究药物和蛋白质结合的情况，能够发现新的靶点或设计更高效的药物。
2、疾病研究：了解蛋白质功能区域的结构，可以帮助研究疾病的发生机理和寻找治疗手段。
3、生物纳米技术：了解蛋白质功能区域的结构，可以帮助研发新型的生物传感器或纳米材料。
蛋白质三级结构结构域
蛋白质三级结构结构域
蛋白质的三级结构由多个结构域（Domain）组成。
结构域是指蛋白质中具有稳定、可折叠的三级结构的独立结构单元，通常在序列和结构上都具有相对独立性。
蛋白质的结构域可以单独折叠、稳定、结合其它结构域、并参与蛋白质的功能表现。
结构域被广泛应用于蛋白质结构和功能的分析、蛋白质工程和新药发现等领域。
常见的蛋白质结构域包括：1.球状域（globular domain）：通常是蛋白质的功能中心，具有折叠成球形或近球形的特点。
2.α/β域（α/βdomain）：由α-螺旋和β-折叠交替排列而成的蛋白质结构域，广泛存在于许多酶和结构蛋白中。
3.螺旋交替域（helical bundle domain）：由多个α-螺旋交替排列而成的蛋白质结构域，具有一般的膜蛋白结构。
4.β钩状域（β-barrel domain）：由β-折叠交替排列而成的蛋白质结构域，通常存在于多孔蛋白质和一些酶中。
5.索链域（coiled-coil domain）：由两根或多根α-螺旋以螺旋交替的方式排列而成的蛋白质结构域。
此外，还有一些特殊的结构域如：翅膀结构域（winged helix domain）、重复域（repeat domain）等。
结构域的存在使得蛋白质的各个功能模块可以相互独立地进化，进而利于蛋白质的功能多样性和适应性的形成。
因此，结构域分析对于深入理解蛋白质结构和功能、预测蛋白质的结构和功能、以及设计新的蛋白质具有重要的作用。
文献综述-蛋白质多级结构的表征方式及测定方法
文献综述蛋白多级结构的表征及测定方式摘要研究蛋白质的结构对生命科学有重要意义，因为明确了蛋白质的结构，有助于了解蛋白质的作用，了解蛋白质如何行使其生物功能，认识蛋白质与蛋白质(或其它分子)之间的相互作用，这无论是对于生物学还是对于生物医学和生物药学，都是非常重要的。
蛋白质分子的多级结构可划分为四级，以描述其不同的方面，包括蛋白二级结构、超二级结构和结构域、三级结构、四级结构。
关键词：二级结构超二级结构和结构域三级结构四级结构表征和测定方式1 蛋白多级结构概述蛋白质分子是由氨基酸首尾相连缩合而成的共价多肽链，每一种天然蛋白质都有自己特有的空间结构或称三维结构，这种三维结构通常被称为蛋白质的构象，即蛋白质的结构。
1.1 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构（secondary structure）是指多肽链中主链原子的局部空间排布即构象，不涉及侧链部分的构象。
蛋白质主链构象的结构单元包括：α-螺旋（α－helix）、β-片层结构（β－pleated sheet）或称β-折迭、β-转角（β－turn或β－bend）、无规卷曲（random coil）。
α-螺旋有以下几个特点：①多个肽键平面通过α－碳原子旋转，相互之间紧密盘曲成稳固的右手螺旋。
②主链呈螺旋上升，每3.6个氨基酸残基上升一圈，相当于0.54nm。
③每一个氨基酸残基中的NH和前面相隔三个残基的C=O之间形成氢键。
④肽链中氨基酸侧链R，分布在螺旋外侧，其形状、大小及电荷影响α－螺旋的形成。
β-片层结构有以下几个特点：①是肽链相当伸展的结构，肽链平面之间折叠成锯齿状，相邻肽键平面间呈110°角。
氨基酸残基的R侧链伸出在锯齿的上方或下方。
②依靠两条肽链或一条肽链的两段肽链间的C=O与H形成氢键，使构象稳定。
③两段肽链可以是平行的，也可以是反平行的。
即前者两条链从“N端”到“C端”是同方向的，后者是反方向的。
β-片层结构的形式十分多样，正、反平行能相互交替。
蛋白质 结构域
蛋白质结构域蛋白质结构域是指蛋白质分子中具有特定功能的结构模块。
蛋白质是生命的基本组成部分，其功能和性质与其结构密切相关。
蛋白质结构域的研究对于理解蛋白质的功能和进化起着重要作用。
蛋白质结构域可以简单理解为蛋白质分子中具有特定功能的“模块”。
蛋白质分子通常由多个结构域组成，每个结构域都承担着不同的功能。
结构域可以是一个独立的蛋白质单元，也可以是由多个结构域组合而成的功能模块。
通过组合不同的结构域，蛋白质可以实现多样化的功能。
蛋白质结构域的研究主要通过实验和计算方法进行。
实验方法包括X射线晶体学、核磁共振、质谱等技术，可以直接观察和解析蛋白质的结构。
计算方法则主要利用计算机模拟和算法，通过分析蛋白质的序列和结构信息，预测和推测结构域的存在和功能。
蛋白质结构域的分类可以根据其结构和功能进行。
根据结构，可以将结构域分为α螺旋结构域、β折叠结构域和α/β结构域等。
α螺旋结构域是由螺旋结构组成的，具有良好的稳定性和结构可预测性。
β折叠结构域由平行或反平行的β片段组成，形成折叠的结构。
α/β结构域则是由α螺旋和β折叠相互交替组成的。
根据功能，结构域可以分为结合结构域、催化结构域和信号传导结构域等。
结合结构域可以与其他分子结合，参与信号传递和调控等过程。
催化结构域则具有催化反应的功能，如酶活性。
信号传导结构域参与细胞信号传导的过程，如激酶和受体结构域。
蛋白质结构域的研究有助于揭示蛋白质的功能和进化机制。
通过研究不同物种中蛋白质的结构域，可以了解蛋白质的功能演化和适应性变化。
同时，蛋白质结构域的研究还有助于药物设计和生物工程领域的应用。
通过结构域的组合和改造，可以设计出具有特定功能和性质的蛋白质分子，用于药物研发和生物工程的应用。
蛋白质结构域是蛋白质分子中具有特定功能的结构模块。
通过研究蛋白质结构域，可以揭示蛋白质的功能和进化机制，为药物设计和生物工程的应用提供理论基础。
蛋白质结构域的研究是蛋白质科学领域的重要研究方向，对于推动生命科学和医药领域的发展具有重要意义。
蛋白质结构域名词解释
蛋白质结构域名词解释蛋白质结构域是一类序列相关的结构，可以在蛋白质序列上发现。
这些结构在蛋白质结构与功能之间具有重要的联系，因此被广泛应用于蛋白质的研究和分析。
本文将简要介绍蛋白质结构域的定义、划分方式，用例子解释蛋白质结构域的作用，并讨论一些已知的结构域和结构域数据库。
一、白质结构域的定义蛋白质结构域是蛋白质结构的基本结构单元，是蛋白质结构的典型特征，它们可以用不同的结构表示方式来描述，通常被认为是蛋白质聚集成团的结构基本组成部分。
它们是一类相对独立的生物体结构特征，具有分子功能的内部结构特点，常常由跨膜或跨膜的肽链组成。
根据结构的不同，可以将蛋白质结构域划分为内在域、合成域和嵌合域。
1.在域(Intrinsic Domain)内在域是蛋白质结构中存在的结构域，指那些未受外部因素影响，只依靠自身结构完成特定功能的结构域。
它们经常由氨基酸组成，其表现形式与蛋白质结构大致相同，但在保持稳定性上都有不同的表现方式，它们可以把整个蛋白质分成不同的结构块，以便蛋白质的结构及其功能的研究。
2.成域 (Synthetic Domain)合成域是来自不同蛋白质结构的独立小结构，而不属于任何一个蛋白质，它们可以理解为复合物，就是由不同蛋白质结构组合而成的新型结构。
它们可以用作蛋白质定向相互结合的“模版”，它们的结构特征可以预测蛋白质的功能，并为分析其不同的行为和作用提供依据。
3.合域 (Linked Domain)嵌合域是由多个域组成的结构，它们的功能受到多个域的影响，而不仅仅受到一个域的影响。
它们可以通过氨基酸链来实现它们之间的结合，从而控制蛋白质的功能和结构。
嵌合域中包括了元件域、定向双亲域、侧翼域和螺旋瘤域等。
二、白质结构域的解释对于蛋白质结构域，它们可以在蛋白质序列上发现，并且它们可以提供有关蛋白质功能的有价值的信息。
蛋白质结构域中的基本特性，决定着蛋白质的功能和结构，有助于看清蛋白质的工作原理。
另外，它们也可以用于功能域的研究，比如蛋白质干扰、蛋白质聚集、蛋白质-蛋白质相互作用等。
三种分析蛋白结构域的方法
三种分析蛋白结构域的方法蛋白质是生命体内重要的功能分子，它们通过其特有的三维结构来实现其功能。
蛋白结构域是指蛋白质结构中具有独立功能和收缩性的区域。
分析蛋白结构域的方法对于理解蛋白的功能和机制有重要意义。
以下是三种常用的分析蛋白结构域的方法。
第一种方法是比对分析。
比对分析是通过比对已知结构域的蛋白质序列和结构与待研究蛋白质序列和结构进行对比，以此来鉴定待研究蛋白质中的结构域。
比对分析常用的工具有BLAST和HMMER等。
BLAST（基本局部序列比对工具）通过比对两个蛋白序列的共同片段来确定相似性，可以帮助确定蛋白质的结构域。
HMMER（隐含马尔可夫模型比对工具）则建立了一个隐含马尔可夫模型，将待研究的蛋白质序列与已知结构域的蛋白质序列进行比对，以此来确定结构域。
第二种方法是结构预测。
结构预测是通过计算机程序对蛋白质序列进行建模，以预测其三维结构。
常见的结构预测方法有基于比对的序列相似性建模、基于物理力学的方法和基于机器学习的方法等。
基于比对的序列相似性建模方法通过比对已知结构域的蛋白质序列与待研究蛋白质序列来构建模型，以此来预测待研究蛋白质的结构域。
基于物理力学的方法则基于分子力学和物理化学原理，通过计算机模拟来推测蛋白质的结构。
基于机器学习的方法则使用已知结构域的蛋白质数据来训练算法，以此来预测待研究蛋白质的结构域。
第三种方法是功能簇分析。
功能簇分析是通过聚类算法来将蛋白质分为不同的簇，以确定其中的结构域。
常见的聚类算法有层次聚类、基于密度的聚类和K均值聚类等。
层次聚类是将样本逐步合并成不同的簇，直到达到预定的停止条件。
基于密度的聚类则是根据样本的密度将其分为不同的簇。
K均值聚类是将样本分为K个不同的簇，使得簇内的样本之间的差异最小化。
通过功能簇分析可以鉴定出具有相似功能的蛋白质结构域。
综上所述，比对分析、结构预测和功能簇分析是常用的分析蛋白结构域的方法。
这些方法能够帮助鉴定蛋白质中的结构域，进而理解其功能和机制。
蛋白质结构分析原理及工具-文献综述【精选】
蛋白质结构分析原理及工具（南京农业大学生命科学学院生命基地111班）摘要：本文主要从相似性检测、一级结构、二级结构、三维结构、跨膜域等方面从原理到方法再到工具，系统地介绍了蛋白质结构分析的常用方法。
文章侧重于工具的列举，并没有对原理和方法做详细的介绍。
文章还列举了蛋白质分析中常用的数据库。
关键词：蛋白质；结构预测；跨膜域；保守结构域1 蛋白质相似性检测蛋白质数据库。
由一个物种分化而来的不同序列倾向于有相似的结构和功能。
物种分化后形成的同源序列称直系同源，它们通常具有相似的功能；由基因复制而来的序列称为旁系同源，它们通常有不同的功能[1]。
因此，推测全新蛋白质功能的第一步是将它的序列与进化上相关的已知结构和功能的蛋白质序列比较。
表一列出了常用的蛋白质序列数据库和它们的特点。
表一常用蛋白质数据库网址可能有更新氨基酸替代模型。
进化过程中，一种氨基酸残基会有向另一种氨基酸残基变化的倾向。
氨基酸替代模型可用来估计氨基酸替换的速率。
目前常用的替代模型有Point Accepted Mutation (PAM)矩阵、BLOck SUbstitution Matrix (BLOSUM)矩阵[2]、JTT模型[3]。
序列相似性搜索工具。
序列相似性搜索又分为成对序列相似性搜索和多序列相似性搜索。
成对序列相似性搜索通过搜索序列数据库从而找到与查询序列相似的序列。
分为局部联配和全局联配。
常用的局部联配工具有BLAST和SSEARCH，它们使用了Smith-Waterman 算法。
全局联配工具有FASTA和GGSEARCH，基于Needleman-Wunsch算法。
多序列相似性搜索常用于构建系统发育树，这里不阐述。
表二列举了常用的成对序列相似性比对搜索工具表二成对序列相似性比对搜索工具网址可能有更新2 蛋白质一级结构分析（含保守结构域）蛋白质结构的基本信息来源于它的一级结构，分析蛋白质一级结构的第一步是将它们分成其组成部分，然后处理每个部分的结构[4]。
三种分析蛋白结构域(Domains)的方法
三种分析蛋白结构域(Domains)的方法三种分析蛋白结构域(Domains)的方法1，SMART入门，蛋白结构和功能分析SMART介绍SMART (a Simple Modular Architecture Research Tool) allows the identification and annotation of genetically mobile domains and the analysis of domain architectures. More than 500 domain families found in signalling, extracellular and chromatin-associated proteins are detectable. These domains are extensively annotated with respect to phyletic distributions, functional class, tertiary structures and functionally important residues. Each domain found in a non-redundant protein database as well as search parameters and taxonomic information are stored in a relational database system. User interfaces to this database allow searches for proteins containing specific combinations of domains in defined taxa. For all the details, please refer to the publications on SMART.SMART(http://smart.embl-heidelberg.de/)，可以说是蛋白结构预测和功能分析的工具集合。
蛋白质—蛋白质的分子结构(生物化学课件)
一、 -螺旋
结构要点：
(1)肽键平面为单位,以-碳原子为转折盘旋形成右 手螺旋，螺旋的每圈有3.6个氨基酸，螺旋间距离 为0.54nm，每个残基沿轴旋转100，上升0.15nm
(2)主链原子构成螺旋的主体,侧链在其外部，直径 约为0.5nm
-螺旋
左、右手螺旋
(3)每个肽键的羰基氧与远在第四个氨基 酸氨基上的氢形成氢键(共形成n-4个氢 键)，所有肽键都能参与链内氢键的形成， 氢键的方向与中心轴大致平行, 是稳定 螺旋的主要作用力
蛋白质最重要的性质之一
血红蛋白的四级结构
蛋白质的一级结构
一概
念
二 结构特点
蛋白质的分 子结构
一级结构 二级结构 三级结构 四级结构
——基本结构 空间结构
一、概念：
蛋白质的一级结构
蛋白质的一级结构是指蛋白 质多肽链中氨基酸的排列顺序， 也叫初级结构或基本结构。一级 结构的主要连接键是肽键，通常 将二硫键也归属于一级结构。
3.613 (SN)
(4)Pro的N上缺少H，不能形成氢键，经 常出现在-螺旋的端头，它改变多肽链的 方向并终止螺旋
二、-折叠
β-折叠是由两条或多条伸展的多肽链靠氢键联结而成的锯齿状片状结 构。
侧链基团与Cα间的键几乎垂直于折叠平面，R基团交替地分布于片层 平面两侧。
β-折叠分平行式和反平行式，后者更为稳定。
蛋白质的四级结构是指亚基的种类、数量以及各个亚基在寡聚蛋 白质中的空间排布和亚基间的相互作用。
蛋白质的四级结构
二、四级结构的特点: • 亚基单独存在时无生物活性，只有相互聚合成特定构象时才具有完
整的生物活性 • 亚基之间以非共价键结合，容易彼此解离 • 大多数寡聚蛋白质分子的亚基的排列是对称的，对称性是四级结构
蛋白质结构与功能研究综述
蛋白质结构与功能研究综述蛋白质是生命体中最基本的大分子之一。
人体内的脾臟、骨骼、肌肉、器皮肤、头发等都是主要由蛋白质组成的。
蛋白质有丰富多样的结构和功能，是现代生物学研究的重要对象之一。
本文将综述现代蛋白质结构和功能研究的进展和成果。
一、蛋白质的结构蛋白质的结构分为四级：一级结构是指蛋白质的氨基酸序列，二级结构是指蛋白质中的α-螺旋和β-折叠等规则结构，三级结构是指在二级结构的基础上形成的三维空间构象，四级结构是若干个多肽链相互结合组成的复合物。
蛋白质的立体构形决定了其生物学功能。
例如，酶的酶活中心结构是通过局部氨基酸残基的合适排列而形成的，结构不稳定或异常则会影响或失去催化活性。
抗体的抗原识别结构，则是通过许多氨基酸残基的组合形成的。
二、蛋白质的功能蛋白质的功能多种多样。
酶能够催化生物体内化学反应，使得生物体能够对外界环境作出反应；激素则能够传达信号，调控生物体的代谢和生长发育；肌肉运动蛋白则能够在肌肉收缩时发挥作用；抗体则能够识别外来抗原并保护生物体免受感染。
蛋白质的功能与其结构相互作用。
不同氨基酸残基的排列会影响蛋白质的结构，而不同结构的蛋白质则表现出不同的生物学功能。
因此，研究蛋白质结构和功能之间的关系是现代生物学的热点之一。
三、蛋白质的结构研究方法蛋白质结构的研究方法主要包括X射线晶体学、核磁共振、电镜、质谱和红外线光谱等多种技术手段。
其中，X射线晶体学是研究蛋白质立体结构的主要方法之一。
该方法通过将蛋白质晶体置于高能X射线束中，观察X射线的散射图案，确定蛋白质分子的结构。
核磁共振则是一种通过蛋白质分子的自旋特性来进行结构研究的技术手段。
电镜则是将蛋白质分子放在电子束中，利用电子的散射和吸收等现象，在计算机屏幕上显示蛋白质分子的影像。
四、蛋白质的功能研究方法蛋白质功能的研究方法主要包括X射线晶体学、荧光共振能量转移（FRET）、蛋白质芯片、蛋白质交互组学等多种技术手段。
其中，FRET是基于蛋白质分子间相互作用能够导致能量转移的原理，通过这种方法研究蛋白质相互作用的机制。
三种分析蛋白结构域的方法
三种分析蛋白结构域的方法蛋白结构域是蛋白质分子中的一部分，具有特定的结构和功能。
研究蛋白结构域对于理解蛋白质的结构和功能以及药物设计具有重要意义。
本文将介绍三种常用的分析蛋白结构域的方法：序列比对、结构比对和模拟。
序列比对是一种用于比较多个蛋白质序列的方法，以确定相似或同源结构域的方法。
常用的序列比对算法有Smith-Waterman算法和Needleman-Wunsch算法。
这些算法基于计算两个序列之间的相似性得分，并生成比对矩阵。
通过比较多个蛋白序列之间的比对矩阵，可以获取结构域的信息。
序列比对的优点是计算速度快，能够基于序列相似性推断结构域的存在。
缺点是无法提供结构信息，只能推测结构域的存在。
结构比对是一种比较蛋白质结构的方法，以确定结构域的相似性和差异。
常用的结构比对算法有TM-align和CE。
这些算法基于计算结构域之间的最小二乘偏差或最大相似性得分，并生成结构比对结果。
通过比较多个结构之间的比对结果，可以确定结构域的存在和相似性。
结构比对的优点是可以提供结构信息，可以直接比较结构域的相似性和差异。
缺点是计算量较大，且对比对结果的解读要求较高。
模拟是一种通过计算机模拟来预测和分析蛋白结构域的方法，常用的方法有分子动力学模拟和蒙特卡洛模拟。
分子动力学模拟是一种基于牛顿力学的模拟方法，通过计算原子之间的相互作用力和动力学方程来模拟蛋白质分子的运动。
蒙特卡洛模拟是一种基于统计学原理的模拟方法，通过生成随机数并按照一定规则进行采样来模拟蛋白质分子的构象空间。
这些模拟方法可以用来预测蛋白质结构域的稳定性、动力学行为和构象演化等信息。
模拟的优点是可以提供结构域的动态信息，并可以通过改变模拟参数来模拟不同条件下的结构域的行为。
缺点是需要大量的计算资源和时间，并且对模拟过程的设定和解读要求较高。
综上所述，序列比对、结构比对和模拟是三种常用的分析蛋白结构域的方法。
它们可以分别基于序列、结构和动力学的信息来推断结构域的存在和功能。
三种分析蛋白结构域的方法
三种分析蛋白结构域的方法蛋白质是生物体中最重要的分子之一，它在细胞功能和生物过程中起着关键作用。
了解蛋白质的结构和功能对于揭示其生物学功能以及药物设计和治疗疾病的机制至关重要。
在过去的几十年里，科学家们开发了多种方法来分析蛋白质的结构域。
在本文中，将会介绍三种常见的方法：X射线晶体结构学、核磁共振（NMR）结构学和电子显微镜（EM）。
首先，X射线晶体结构学是分析蛋白质结构的金标准方法之一、该方法利用蛋白质晶体对X射线的衍射反射来解析其结构。
通过测量反射强度和角度，可以确定蛋白质中原子的位置。
X射线晶体结构学具有高分辨率和高精度的优点，可以得到详细的原子级别的结构信息。
然而，该方法需要获得高质量的晶体样品，并且晶体的生长和数据采集过程相对复杂和耗时。
其次，核磁共振（NMR）结构学是另一种常用的蛋白质结构分析方法。
NMR方法使用核磁共振信号来确定蛋白质中原子的位置和相对于周围环境的动力学信息。
与X射线晶体结构学不同，NMR方法可以在溶液中研究蛋白质结构，而无需晶体。
NMR结构学在研究小分子或无法结晶的蛋白质方面具有优势。
然而，由于蛋白质的体积和复杂性，NMR在解析大型蛋白质结构上仍然具有挑战性。
此外，NMR的分辨率相对较低，对于一些较小的结构域的分析可能不够准确。
总结而言，X射线晶体结构学、NMR结构学和电子显微镜是目前常见的分析蛋白质结构的方法。
每种方法都有其独特的优势和限制，需要根据研究的需求和样品的特性选择合适的方法。
随着技术的不断进步，这些方法的分辨率和解析能力将不断提高，为我们进一步理解蛋白质结构和功能提供更多的工具和方法。
蛋白的结构域
蛋白的结构域蛋白质是生命活动中的重要组成部分，其结构域是指蛋白质分子中呈现空间构象相近的结构部分。
蛋白质结构域的研究可以为生物学、医学和药物研发等领域打下基础。
本文将从结构域的定义、分类、特点、功能等方面分别介绍蛋白质结构域。
定义：蛋白质结构域是指蛋白质分子中空间构象相近的主要元件，通常长度在40到350个氨基酸残基之间。
它们能够折叠成相对稳定的三维结构，并对蛋白质的功能发挥起关键的作用。
结构域包含多处蛋白质的二级结构和溶剂可及的侧链，通常能够保持相对稳定的空间构象。
分类：按照结构域内容，可将蛋白质结构域分为结构域家族、结构域超家族和结构域祖先。
结构域家族是指相互具有一定相似性、来自同一起源的结构域，如膜蛋白、G蛋白偶联受体等。
结构域超家族是由若干个结构域家族组成的具有相似性的结构域集合，这些结构域共同构成了一种大的三维结构，如蛋白质酶。
结构域祖先是与结构域家族或超家族相关联的一种单独的结构域，它与相关的家族或超家族之间具有较高的序列和结构相似性，是这些结构域家族、超家族产生的分支，并引起它们的多次分化和演化。
特点：蛋白质结构域具有独特的结构特征，例如：①结构域中氨基酸的排列通常包含二级结构元件，如α-螺旋和β-折叠，这些元件可以相对独立地折叠成空间构象;②具有较高的稳定性和抗变性，即结构域内的氨基酸序列对结构的维持有很强的要求;③由于空间构象相近，结构域内的氨基酸残基通常都与蛋白质的功能相关。
功能：蛋白质结构域在生命活动中具有各种各样的功能，包括结构支架、催化反应、信号转导、维持运动和吸收物质等。
它可以通过它自身的三维结构进行特定的分子识别与相互作用，有助于确定蛋白质的生物学功能和与其相关的疾病。
总之，蛋白质结构域是蛋白质分子中关键的生物学单位，具有较高的空间稳定性和功能特性，对于生命活动起到了重要的作用。
研究蛋白质结构域可以为药物研发和生物学学科做出重要的贡献。
蛋白质结构解析的方法对比综述 (1)
蛋白质结构解析的方法对比综述工程硕士李瑾摘要：到目前为止，蛋白质结构解析的方法主要是两种，x射线衍射法和NMR法，这两种方法各有优点和不足。
关键词：x射线衍射法 NMR法到目前为止，蛋白质结构解析的方法主要是两种，x射线衍射法和NMR法。
其中X射线的方法产生的更早，也更加的成熟，解析的数量也更多，第一个解析的蛋白的结构，就是用x晶体衍射的方法解析的。
而NMR方法则是在90年代才成熟并发展起来的。
这两种方法各有优点和不足[1]。
首先是X射线晶体衍射法。
该方法的前提是要得到蛋白质的晶体。
通常是将表达目的蛋白的基因经PCR扩增后克隆到一种表达载体中，然后转入大肠杆菌中诱导表达，目的蛋白提纯之后摸索结晶条件，等拿到晶体之后，将晶体进行x射线衍射，收集衍射图谱，通过一系列的计算，得到蛋白质的原子结构[2]。
x射线晶体衍射法的优点是：速度快，通常只要拿到晶体，最快当天就能得出结构，另外不受肽链大小限制，无论是多大分子量的蛋白质或者RNA、DNA，甚至是结合多种小分子的复合体，只要能够结晶就能够得到其原子结构。
所以x射线方法解析蛋白的关键是摸索蛋白结晶的条件。
该方法得到的是蛋白质分子在晶体状态下的空间结构，这种结构与蛋白质分子在生物细胞内的本来结构有较大的差别。
晶体中的蛋白质分子相互间是有规律地、紧密地排列在一起的，运动性较差；而自然界的生物细胞中的蛋白质分子则是处于一种溶液状态，周围是水分子和其他的生物分子，具有很好的运动性。
而且，有些蛋白质只能稳定地存在于溶液状态，无法结晶[2]。
核磁共振NMR（nuclear magnetic resonance）现象很早就被科研人员观察到了，但将这种方法用来解析蛋白质结构，却是近一二十年的事情。
NMR法具体原理是对水溶液中的蛋白质样品测定一系列不同的二维核磁共振图谱，然后根据已确定的蛋白质分子的一级结构，通过对各种二维核磁共振图谱的比较和解析，在图谱上找到各个序列号氨基酸上的各种氢原子所对应的峰。
蛋白质结构解析课件
亚基结构
某些蛋白质由多个亚基组成，每个亚 基具有独立的三级结构。
PART 02
蛋白质结构解析方法
X射线晶体学
X射线晶体学是解析蛋白质结构的主要方法之一，通过分析X射线在晶体中的衍射， 可以获得蛋白质分子的三维结构信息。
X射线晶体学适用于蛋白质大分子，尤其是膜蛋白和复合物蛋白的结构解析，能够提 供高分辨率的结构信息。
酶的结构解析
酶的结构包括一级、二级、三级和四级结构，其中一 级结构是指氨基酸的排列顺序，二级结构是指肽链的 折叠方式，三级结构是指整条肽链的三维构象，四级 结构是指多亚基酶蛋白的组合方式。
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变构效应
蛋白质的变构效应是指蛋白质在与其配体或效应物结合后， 其空间构象发生改变，进而影响其功能的过程。这种效应通 常是由蛋白质中的特定氨基酸残基与配体或效应物的相互作 用所引起的。
变构效应的意义
变构效应在生物体内具有重要的意义，它可以帮助生物体快 速适应环境变化，并调节各种生理过程。例如，某些激素可 以通过变构效应调节靶蛋白的活性，从而影响细胞内的信号 转导过程。
作用具有重要意义。
核磁共振技术解析蛋白质结构的难点在 于信号解析和数据处理，需要专业的技
术和经验。
电子显微镜技术
电子显微镜技术是解析蛋白质结构的重要手段之一，通过观察蛋白质颗 粒的形貌和排列，可以获得蛋白质大分子和复合物的结构信息。
电子显微镜技术适用于观察蛋白质颗粒和病毒等大分子结构，能够提供 高分辨率的形貌信息，对于研究蛋白质的功能和相互作用具有重要意义。
蛋白质的结构层次
3全结构反平行折叠片蛋白质由反平行折叠片构成4富含金属或二硫键小的不规则蛋白质结构域往往不规则只有少量二级结构富含金属或二硫键见page228图5411含有多种二级结构元件2具有明显的折叠层次二级结构超二级结构结构域三级结构3是紧密的球状或椭球状实体4疏水侧链埋在分子内部亲水侧链暴露于分子表面疏水作用是安排二级结构单元形成三级结构的主要作用力5球状蛋白分子表面有一空穴是行使功能的活性部位1膜周边蛋白
变性过程发生的现象：
（1）生物活性丧失
（2）一些侧链基团暴露
（3）物理化学性质发生改变：分子伸展，不 对称程度增高，粘度增加，扩散系数降低， 旋光性和紫外吸收变化
（4）生物化学性质发生改变：分子结构松散， 易于被蛋白酶水解(将蛋白食物煮熟吃？）
蛋白质变性与复性
1、蛋白质变性的的化学本质：维持高级结 构的次级键（氢键，离子键，疏水相互作用， 范德华力等）被破坏（一级结构不被破坏）， 特别是氢键的破坏，从而具有活性的蛋白质 空间构象被破坏。
• 纤维蛋白 • 球状蛋白：自然界中远远多于纤维蛋 • 白，绝大多数功能蛋白（如酶，抗体 • 等）都是球状蛋白。 • 三级结构定义：指由二级结构元件（螺旋，
折叠，转角，无规卷曲等）构成的总三维结 构。包括一级结构中相距远的肽段之间的几何 关系和侧链在三维空间中彼此间的相互关系。 • 简言之，是指蛋白质多肽链所有原子在空间上 的排列。
（一）球状蛋白的分类
根据结构域类型大致分为四种
1、全-结构蛋白质
最多：反平行螺旋： 螺旋一上一下反 平行排列，相邻螺旋间以环相连，形成似 筒状螺旋束 。
见page225 图5-36 A
2、 ， -结构（平行或混合型折叠片）蛋白 质
以平行或混合型（含平行和反平行折叠股） 折叠片为基础，连有螺旋。
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蛋白质结构域识别问题不仅要准确识别蛋白
收稿日期：２０１９－０１－１０； 修回日期：２０１９－０２－２８ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（６１７７２２１７） 作者简介：王 燕（１９７６—），女，副教授，博士．Ｅｍａｉｌ：ｙａｎｗ＠ｈｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ 通信作者．Ｅｍａｉｌ：ｚｄｘｕｅ＠ｈｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
括 ＤＲＯＰ［１１－１２］、Ｄｏｍｐｒｏ［１３］、ＤＯＢＯ［１４］、ＴｈｒｅａＤｏｍ 等［１５］．
目前已建立一些结构域数据和在线预测的服务 系 统，例 如，Ｐｆａｍ［１６－１７］、ＳＭＡＲＴ［１８－１９］、ＳＣＯＰ［２０－２１］、 ＣＡＴＨ［２２－２３］、ＩｎｔｅｒＰｒｏ［２４］、ＴｈｒｅａＤｏｍＥｘ［２５］等．据 ２０１６ 年 ２月份的数据统计，当前最完整的蛋白质序列 数据库（ＵｎｉＰｒｏｔ）中去掉重复序列后有 ７４８９７０５９ 条序列，该数据库的结构域注释主要来自 Ｐｆａｍ、 ＳＭＡＲＴ、ＳＣＯＰ、ＣＡＴＨ以及 ＩｎｔｅｒＰｒｏ等结构域数据 库，其中只有 ３６４４９１８３（４８７％）的序列有结构 域注释．其 中 被 研 究 工 作 者 熟 知、并 广 泛 使 用 的 Ｐｆａｍ结构域数据库注释了 ３３５２９４２８条序列．究 其主要原因：已 解 析 三 级 结 构 的 蛋 白 质 及 其 近 同 源蛋白质序 列 只 占 有 较 小 的 比 例，当 前 技 术 还 无 法较大规模地从序列注释远同源蛋白质结构域． 本文从蛋白 质 结 构 域 识 别 问 题 的 提 出、结 构 域 边 界预测、不连 续 结 构 域 检 测 及 相 关 在 线 服 务 情 况 进行介绍，供相关研究者参考．
随着大 量 物 种 全 基 因 组 测 序 的 完 成，以 测 定 蛋白质结构为目的的结构基因组学和以研究蛋白 质功能为目的的蛋白质组学成为当前研究热点之 一．根据蛋白质三级结构的测定和功能研究，有利 于增深对疾 病 发 生 的 分 子 机 制 理 解，从 而 有 助 于 开发新的手 段 与 方 法 来 预 防、诊 断 疾 病 和 新 药 研 发 ． ［１－２］
图 １ ４α葡聚糖转移酶结构与结构域示意图 Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍ ｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｄｏｍａｉｎｏｆ４αｇｌｕｃａｎｏｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ
一个优秀的结构域划分工具需要准确的判断 出在 氨 基 酸 序 列 位 置 ９３（９４）、１５８（１５９）、３９１ （３９２）３个位置附近存在结构域划分边界，即把序 列划分为（１～９３））（９４～１５８）（１５９～３９１）（３９２～ ４４１）４个片段；同时要应该具有将片段（１～９３）和 片段（１５９～３９１）组 装 成 一 个 结 构 域 的 能 力 （不 连 续结构域检测）．对不具备这 ２种能力的结构域划 分的工具来说，至少是不完美的．
结构域是蛋白质的一个结构层次，可以看作 是蛋白质结 构、折 叠、功 能、进 化 和 设 计 的 基 本 单 位．根据 ＰＤＢ数据库统计［３－４］，已知结构蛋白质中 约 ４０％为多结构域蛋白［５］．结构域的不同组合使 多结构域蛋 白 质 具 有 不 同 的 三 级 结 构 和 功 能．准 确识别蛋白质结构域对结构基因组学选择目标序 列、结构解析至关重要，也是预测和理解蛋白质功 能关键的一步．自 １９７３年以来，若干研究者就蛋 白质结构域 划 分 问 题 进 行 研 究，可 归 纳 为 从 实 验 测定三维结构着手的结构域划分方法和不依赖三 维结构仅从 序 列 出 发 的 结 构 域 划 分 方 法．前 者 的 代表性工作包括 Ｗｅｔｌａｕｆｅｒ［６］首次提出的基于原子 间接触密度划分结构域的方法，以及后期 Ｄｏｍａｉｎ Ｐａｒｓｅｒ［７－９］、ＰＤＰ等 方 法 ［１０］；后 者 的 代 表 性 工 作 包
第 １８卷 第 １期
２０１９年 ２月
广州大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
文章编号：１６７１４２２９（２０１９）０１００２０１０
Ｖｏｌ．１８ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ． ２０１９
蛋白质结构域划分方法及在线服务综述
２ １
质结构域划 分 边 界，还 要 准 确 检 测 出 组 成 蛋 白 质 结构域的序列片段（即不连续结构域）．
以多结 构 域 蛋 白 ４α葡 聚 糖 转 移 酶 （ＰＤＢ： １ＬＷＨ）为例来说明结构域识别过程，从序列出发 的结构域识别过程包括结构域边界预测和不连续 结构域检测 ２个步骤．图 １ａ是 ４α葡聚糖转移酶 的蛋白质结构图，图 １ｂ是该蛋白结构域示意图． 从图 １ａ可以看出该蛋白包含 ３个结构域：［１～９３ （紫红色）｜１５９～３９１（红色）］、［９４～１５８（黄色）］、
［３９２～４４１（蓝色）］．识别该蛋白的结构域的过程： 首先确定结构域边界 ＨＩＳ９３、ＡＳＮ１５８、ＡＲＧ３９１，这 ３个残基将该蛋白分为 ４段；然后检测不连续结 构域．对该蛋白，第 １段［１～９３］与第 ３段［１５９～ ３９１］构成不连续结构域，这从图 １ｂ中可以更清晰 的看出，Ａ１［１～９３］和 Ａ２［１５９～３９１］在序列上不 临近，但在三级结构上是一个结构域（即不连续结 构域）．
王 燕 ａ，石 强 ｂ，薛 志 东 ｂ
（华中科技大学 ａ．生命学院；ｂ．软件学院，湖北 武汉 ４３００７４）
摘 要：蛋白质结构域是研究蛋白质结构、功能与进化的基本单位，不同的结构域可组合出更为复杂的蛋白质 分子．划分蛋白质结构域后，可以从结构域的角度研究蛋白质的结构、功能与进化，降低了研究复杂度．根据已 知结构的蛋白质统计，有约 ４０％的为多结构域蛋白质，其中还存在一级结构上不临近的氨基酸序列出现在同一 个结构域的情况，即不连续结构域．文章给出了当前国内外有关蛋白质结构域边界预测、不连续结构域检测及 结构域数据库与在线服务的研究进展，供相关研究者参考． 关键词：蛋白质；结构域；不连续结构域；预测；在线服务 中图分类号：Ｑ５１８ 文献标志码：Ａ