结构生物学
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什么是结构生物学？生物大分子要发挥功能，必须满足两个条件。第一，凡要发挥功能和活性的生物大分子必须具有特定的，自身特有，相对稳定的三级结构。第二，结构运动。任何的破坏促使没有稳定的三级结构和结构运动，生物大分子是很难发挥生物功能或活性的。那么，结构生物学研究什么呢？按我的看法，是以生物大分子三级结构的确定作为手段，研究生物大分子的结构功能关系，探讨生物大分子的作用机制和原理作为研究目的。结构生物学是近代生物学发展过程中，定量阐明生命现象的一门科学，这个是我对结构生物学的看法。生物大分子的三级结构和结构功能研究的结构生物学已经成为生命科学当前的前沿和带头学科。
结构生物学对生物大分子三级结构的测定以及结构运动研究是用什么手段呢？最主要是X- 射线晶体衍射方法- 蛋白质晶体学，其次是多维NMR核磁共振，第三是电镜晶体学和电镜三维重组。这三大手段每一个都能独立、完整地测定生物大分子在原子分辨水平的三维空间结构。但是其它的谱学，包括中子衍射, 都是非常重要的结构测定方法,不但辅助了结构和结构运动的研究，特别是运动的研究，动力学方面等等，所以其它谱学是一个不可忽略的结构测定手段。当然我会觉得，X-射线晶体衍射方法-蛋白质晶体学无论过去，现在或将来恐怕都会是主要的方法。
那么结构生物学是如何发展起来的呢？1895年伦琴发现了X-射线后，在这一百多年间，X-射线对结构的研究发挥着不可磨灭的功能。没有伦琴的X- 射线，就没有今天的X-射线晶体学。1912年劳埃发现晶体的晶格恰好是X-射线波长的变体，可以作为光栅，能够产生衍射，为晶体结构掀起了一个新的纪`元。22 年后，Bernal 和Crowfoot 两位诺贝尔奖获得者，Bernal 是Crowfoot 的老师，在1934 年就成功地获得第一张蛋白质(胃蛋白酶) 单晶体的X射线衍射照片。小分子如金属，无机或有机分子的衍射相位问题很早已经解决。而蛋白质这么大的分子的衍射相位问题，由于分子太大，原子数目太多无法解决。1953 年，Perutz 发现了解决蛋白质晶体衍射的相位问题，即同晶置换法，相位可以说是衍射的要害。1957 年Kendrew 和1959 年Perutz 分别获得了肌红蛋白和血红蛋白的低分辨率结构。就在这期间，Watson和Crick共同建立了DNA双螺旋的三维结构。1957-1959 年间，蛋白质和DNA 的三维结构就被成功建立了，为分子生物学立下了汗马功劳，开创了分子生物学的前沿，也孕育了结构生物学的诞生。1957年到1967 年的十年里，随着溶菌酶结构被发现之后，这是继肌红蛋白和血红蛋白之后的第三个蛋白质结构。之后一系列的蛋白酶结构应运而生，而且是获得比较高的分辨率。这个时候，蛋白质晶体学就不是在试探阶段，而是已经成为一门成熟的科学。六十年代末到七十年代，蛋白质晶体学从对生物大分子三维结构测定迈入生物大分子三维结构与其生物学功能之间的相互关系研究，这就是结构生物学。2002 年诺贝尔奖得主库尔特·维特里希在1985年第一个用多维核磁共振NMR的方法确定了第一个生物大分子的三维结构, 奠定了NMR 作为确定生物大分子的主要手段之一。80 年代是结构生物学发展的迅猛时期，基础研究不断的取得重大发展的同时，应用研究就是在医学和制药学等方面起了推波助澜的作用，结构生物学已经成型。从80 年代到90 年代，一大批难度很高的蛋白质三维结构都被确定，结构生物学进入了它的全盛时期，成为了一门很成熟的科学。
结构生物学的发展趋势我个人认为有几个方面。第一，以蛋白质晶体学为主要手段，加上NMR等手段，生物大分子三维结构测定在高速度发展。第二，结构生物学已经渗透到生命科学的各个领域。结构研究已由单一分子进入研究分子之间相互作用的复合物和分子体系的结构。例如，03/1/1 在蛋白质数据银行PDB 已经出来原子分子水平的三维结构的原子坐标有19,900 套，用分子分类的话，多肽病毒 等有17,000，核酸有1,100，多糖18 等；用技术手段分类的话，蛋白质衍射的方法有16,000，NMR有3,000。但NMR的发展速度是惊人的。1990 年以前平均每天只可测定半个结构，97 年全世界每天平均发表两个，当前是每天平均9个, 各位可以看到这个发展速度是非常快的。国际上很多难度高、意义重大的三维结构，均是在近十几年突破的。
结构生物学的迅猛发展，在后基因组时期必然会导致结构基因组学的崛起。尽管人类基因组计划已经取得很大进展，但仅仅DNA的序列，是不足以说明复杂的生命现象。蛋白质功能是生物功能的主要承担者，不仅仅取决于肽链和氨基酸序列，更决定于它的三维空间结构，基因测序是决定了整个基因组讯息的内容，而结构基因组计划却是试图确定维持生命活动的细胞组成的分子生物学分子结构。可以说，结构基因组计划是因为需要崛起的。估计人体有十多万种不同的蛋白质，大概有数千种结构类型。但目前PDB的19,900 套结构里仅找到约400 种不同类型，远远还不能满足我们对结构和功能的需要，也就无法满足人们对生命现象的阐明需要。结构基因组学的目的，是大规模高速度的研究蛋白质的三级结构、功能及其间的关系，对象主要是人类基因组序列的表达产物。
结构生物学对生物大分子三级结构的测定以及结构运动研究是用什么手段呢？最主要是X- 射线晶体衍射方法- 蛋白质晶体学，其次是多维NMR核磁共振，第三是电镜晶体学和电镜三维重组。这三大手段每一个都能独立、完整地测定生物大分子在原子分辨水平的三维空间结构。但是其它的谱学，包括中子衍射, 都是非常重要的结构测定方法,不但辅助了结构和结构运动的研究，特别是运动的研究，动力学方面等等，所以其它谱学是一个不可忽略的结构测定手段。当然我会觉得，X-射线晶体衍射方法-蛋白质晶体学无论过去，现在或将来恐怕都会是主要的方法。
那么结构生物学是如何发展起来的呢？1895年伦琴发现了X-射线后，在这一百多年间，X-射线对结构的研究发挥着不可磨灭的功能。没有伦琴的X- 射线，就没有今天的X-射线晶体学。1912年劳埃发现晶体的晶格恰好是X-射线波长的变体，可以作为光栅，能够产生衍射，为晶体结构掀起了一个新的纪`元。22 年后，Bernal 和Crowfoot 两位诺贝尔奖获得者，Bernal 是Crowfoot 的老师，在1934 年就成功地获得第一张蛋白质(胃蛋白酶) 单晶体的X射线衍射照片。小分子如金属，无机或有机分子的衍射相位问题很早已经解决。而蛋白质这么大的分子的衍射相位问题，由于分子太大，原子数目太多无法解决。1953 年，Perutz 发现了解决蛋白质晶体衍射的相位问题，即同晶置换法，相位可以说是衍射的要害。1957 年Kendrew 和1959 年Perutz 分别获得了肌红蛋白和血红蛋白的低分辨率结构。就在这期间，Watson和Crick共同建立了DNA双螺旋的三维结构。1957-1959 年间，蛋白质和DNA 的三维结构就被成功建立了，为分子生物学立下了汗马功劳，开创了分子生物学的前沿，也孕育了结构生物学的诞生。1957年到1967 年的十年里，随着溶菌酶结构被发现之后，这是继肌红蛋白和血红蛋白之后的第三个蛋白质结构。之后一系列的蛋白酶结构应运而生，而且是获得比较高的分辨率。这个时候，蛋白质晶体学就不是在试探阶段，而是已经成为一门成熟的科学。六十年代末到七十年代，蛋白质晶体学从对生物大分子三维结构测定迈入生物大分子三维结构与其生物学功能之间的相互关系研究，这就是结构生物学。2002 年诺贝尔奖得主库尔特·维特里希在1985年第一个用多维核磁共振NMR的方法确定了第一个生物大分子的三维结构, 奠定了NMR 作为确定生物大分子的主要手段之一。80 年代是结构生物学发展的迅猛时期，基础研究不断的取得重大发展的同时，应用研究就是在医学和制药学等方面起了推波助澜的作用，结构生物学已经成型。从80 年代到90 年代，一大批难度很高的蛋白质三维结构都被确定，结构生物学进入了它的全盛时期，成为了一门很成熟的科学。
结构生物学的发展趋势我个人认为有几个方面。第一，以蛋白质晶体学为主要手段，加上NMR等手段，生物大分子三维结构测定在高速度发展。第二，结构生物学已经渗透到生命科学的各个领域。结构研究已由单一分子进入研究分子之间相互作用的复合物和分子体系的结构。例如，03/1/1 在蛋白质数据银行PDB 已经出来原子分子水平的三维结构的原子坐标有19,900 套，用分子分类的话，多肽病毒 等有17,000，核酸有1,100，多糖18 等；用技术手段分类的话，蛋白质衍射的方法有16,000，NMR有3,000。但NMR的发展速度是惊人的。1990 年以前平均每天只可测定半个结构，97 年全世界每天平均发表两个，当前是每天平均9个, 各位可以看到这个发展速度是非常快的。国际上很多难度高、意义重大的三维结构，均是在近十几年突破的。
结构生物学的迅猛发展，在后基因组时期必然会导致结构基因组学的崛起。尽管人类基因组计划已经取得很大进展，但仅仅DNA的序列，是不足以说明复杂的生命现象。蛋白质功能是生物功能的主要承担者，不仅仅取决于肽链和氨基酸序列，更决定于它的三维空间结构，基因测序是决定了整个基因组讯息的内容，而结构基因组计划却是试图确定维持生命活动的细胞组成的分子生物学分子结构。可以说，结构基因组计划是因为需要崛起的。估计人体有十多万种不同的蛋白质，大概有数千种结构类型。但目前PDB的19,900 套结构里仅找到约400 种不同类型，远远还不能满足我们对结构和功能的需要，也就无法满足人们对生命现象的阐明需要。结构基因组学的目的，是大规模高速度的研究蛋白质的三级结构、功能及其间的关系，对象主要是人类基因组序列的表达产物。
