《药物设计学》讲义
蛋白质结构测定与预测
蛋白质的空间结构决定着其行使的生物学功能，一个伸展开来或随机排布的肽链是没有生物活性的。蛋白质的三维结构测定通常需要借助于X射线结晶学或核磁共振（NMR）等技术，X射线结晶学是蛋白质结构测定的主要手段，但要求蛋白质具有一定的溶解性，并能结晶；NMR目前尚难以测定分子量比较大（超过3万道尔顿）的蛋白质，这是其局限性。此外，电镜、中子衍射、质谱等也已在蛋白质结构测定中具有越来越广泛的应用。
虽然 X 射线结晶学和NMR等技术是蛋白质结构测定的有效手段，但却远远跟不上飞速发展的 DNA 和蛋白质一级序列测定的速度。目前，蛋白质氨基酸序列的信息急剧增长，因此迫切需要直接由蛋白质的氨基酸序列出发进行高级结构的预测。蛋白质的一级结构决定高级结构是所有进行蛋白质结构预测的理论基础。目前常用的预测方法有：
1、从头（Ab initio）预测法：该方法是采用分子力学和分子动力学的方法，根据物理化学的基本原理，不依赖已知结构的同源相似物信息，直接从理论上预测蛋白质分子的空间结构。从头预测法，非常耗时，计算成本高，精度有待进一步提高。
2、穿针引线法（Threading）：该方法不需要预测二级结构，在没有同源蛋白的情况下，把未知蛋白的序列和已知的结构进行匹配，通过研究同已知线段序列的吻合度得到结构信息，找出几种匹配最好的结构作为未知蛋白质的预测结构，即直接预测三级结构。穿针引线法假定蛋白质折叠类型是有限的，所以只有未知蛋白质和已知蛋白质结构相像的时候，才有可能预测出未知的蛋白质结构。如未知蛋白质结构是现在还没有出现的结构类型时，这种方法将不能被应用。
3、同源蛋白模建法（Homology Modeling）：基于蛋白质三级结构的保守性超过蛋白质序列的理论。蛋白质经过百万年的演变，形成了各种家族，每一家族具有相似的序列、相似的结构、以及相关的功能，蛋白质序列的微小改变，其三级结构改变亦很小。蛋白质序列的同源性决定了其三维结构的同源性，一个未知结构的蛋白质分子(目标蛋白）的三维结构可以通过与其序列同源性较高且结构已知的蛋白质（参考结构）进行预测。同源模建法是一个比较成熟的方法，也是蛋白质结构预测应用最为广泛的方法。一般来说，若模型蛋白序列（目标序列）与参考蛋白序列之间的同源性在50％以上，则通过参考蛋白准确搭建出来的蛋白具有很高的准确性；若序列同源性在30％～50％之间，则通过参考蛋白准确搭建出来的蛋白具有较好的准确性；若序列同源性在30％以下，则通过同源模建的方法很难得到好的模建结构。在蛋白质序列的等同性小于25%的情况下，不适于用同源模建方法构建未知蛋白的三维结构。
2、核酸（DNA与RNA）