生物大分子結構分析技術，用以測定生物大分子三維結構的技術。
基本介紹
- 中文名：生物大分子結構分析技術
- 用途：測定生物大分子三維結構
主要技術,主要方法,
主要技術
能完整、精確、實時測定生物大分子三維結構的主要技術有三種：
①X射線晶體衍射分析（蛋白質晶體學）；
②核磁共振(NMR)波譜解析；
③電子晶體學技術(EC)。迄今，已測定的生物大分子三維結構約80%來自X射線晶體衍射分析，約15%來自NMR結構分析。X射線晶體衍射分析技術可以精確測定原子在晶體中的空間位置，從而給出生物大分子完整、精確的三維結構。當X射線穿過生物大分子單晶體時，會通過衍射效應產生晶體中所有周期排列的原子或分子的衍射像。在可見光源情況下，衍射像通過透鏡形成物像，這就是普通的光學放大系統。但由於X射線的穿透性極強，其所產生的衍射像無法通過透鏡會聚成物像，必須藉助一種“數學透鏡”——傅立葉合成(Fouriersynthesis)實現成像過程。在進行傅立葉合成時，必須知道衍射波的振幅和相位。振幅可以通過衍射線的強度測量從實驗獲得，但相位迄今對X射線沒有一般的方法可以記錄。因此，求得在實驗過程中丟失的衍射波的相位是該項技術在實際套用上的基本困難。
主要方法
解決這一基本問題的主要方法有：
①多對同晶置換法。一般地適用於所有結構測定。
②分子置換法。主要用於有類似結構存在的情況。③多波長反常衍射法。被測定結構中必須含有合適的重原子。
④直接法。只能用於較小的分子。其中，多對同晶置換法是最基本的方法，於1954年由M.F.佩魯茨等人提出。
1960年J.C.肯德魯等人成功套用這一方法解析了第一個蛋白質——肌紅蛋白的晶體結構，兩人也因此共同獲得1962年諾貝爾化學獎。核磁共振波譜技術是以核磁共振現象作為基本原理而發展的研究物質結構的重要方法。核磁共振是指處在靜磁場（或超導磁場）中的物質原子核系統受到相應頻率的射頻場（即電磁波）作用時，在核能級之間發生共振躍遷的現象。
自1946年發現核磁共振現象至今，核磁共振研究方法已發展成唯一的能用以測定生物大分子溶液三維結構的技術手段。該方法主要運用各種類型的射頻脈衝程式檢測溶液樣品中生物大分子的1H、13C及15N的共振信號。脈衝程式是按不同脈衝寬度和脈衝間隔時間組成的一串脈衝序列，其序列設定因所需提取的波譜信息而不同。射頻場能量按脈衝程式的時序施加於生物分子樣品上。
檢測的共振信號包括如下核磁共振波譜信息：
①NOE。其信號強度與兩個1H核間距離六次方成正比，可以給出兩個1H核間的距離，提供生物大分子的距離幾何參數。
②耦合常數。其數值與蛋白質肽鍵的二面角有關，提供蛋白質肽鍵的幾何信息。
③化學位移。其數值與核所在空間結構的微環境有關，提供生物大分子的二級結構及氫鍵的信息。由核磁共振波譜參數所提取的相應的生物大分子結構信息，建立用於結構計算的數據檔案，運用分子動力學模擬退火精化結構，即可以導出生物大分子的溶液空間結構。
電子晶體學是20世紀80年代以後才逐漸發展和完善起來的測定生物大分子三維結構的方法。其原理與X射線晶體學基本一致，只是電子晶體學是用透射電子顯微鏡產生的電子束與物質相互作用，由於相位襯度函式，得到的是三維物體在垂直於電子入射方向的二維投影。根據中心截面原理，可以重構出物體的三維密度圖。但由於電子與物質的相互作用遠遠大於X射線，因此很薄和較小的二維晶體（分子只在二維空間平面規則的排列）即可套用該方法。但這也導致生物樣品的嚴重輻射損傷。後來發展的低溫電鏡、電鏡低劑量曝光技術以及電荷耦合器件成像系統等使該問題得到緩解。由於電子晶體學可以同時記錄衍射強度和相位，因此在確定生物大分子結構時比X射線晶體學容易。鑒於膜蛋白的疏水性，與三維晶體比較，內在膜蛋白的二維晶體較易形成，因此，電子晶體學在測定膜蛋白的三維結構上有較大的優勢。用該方法已解析了三種高解析度(約0.35nm)和大量的中等解析度(約0.8nm)的膜蛋白三維結構。
