第一篇：核磁共振方法研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

核磁共振方法研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

維特里希教授創(chuàng)建的方法是對(duì)水溶液中的蛋白質(zhì)樣品測定一系列不同的二維核磁共振圖譜，然后根據(jù)已確定的蛋白質(zhì)分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)，通過對(duì)各種二維核磁共振圖譜的比較和解析，在圖譜上找到各個(gè)序列號(hào)氨基酸上的各種氫原子所對(duì)應(yīng)的峰。有了這些被指認(rèn)的峰，就可以根據(jù)這些峰在核磁共振譜圖上所呈現(xiàn)的相互之間的關(guān)系得到它們所對(duì)應(yīng)的氫原子之間的距離?？梢韵胂?，正是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)分子具有空間結(jié)構(gòu)，在序列上相差甚遠(yuǎn)的兩個(gè)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(duì)應(yīng)的NMR峰之間就會(huì)有相關(guān)信號(hào)出現(xiàn)。通常，如果兩個(gè)氫原子之間距離小于0.5納米的話，它們之間就會(huì)有相關(guān)信號(hào)出現(xiàn)。一個(gè)由幾十個(gè)氨基酸殘基組成的蛋白質(zhì)分子可以得到幾百個(gè)甚至幾千個(gè)這樣與距離有關(guān)的信號(hào)，按照信號(hào)的強(qiáng)弱把它們轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的氫原子之間的距離，然后運(yùn)用計(jì)算機(jī)程序根據(jù)所得到的距離條件模擬出該蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)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(xué)上有關(guān)原子與原子結(jié)合的一些基本限制條件，如原子間的化學(xué)鍵長、鍵角和原子半徑等。

從1980年代初維特里希教授發(fā)展出這種方法至今，核磁共振技術(shù)在生物大分子的結(jié)構(gòu)研究方面有了飛速的發(fā)展，一方面是由于儀器技術(shù)本身的發(fā)展，能夠產(chǎn)生的磁場越來越強(qiáng)；計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度也越來越快，更多地是由于實(shí)驗(yàn)方法上的創(chuàng)新和發(fā)展，由二維的核磁共振實(shí)驗(yàn)發(fā)展成三維甚至更多維的實(shí)驗(yàn)；借助于基因技術(shù)可以得到同位素富集的蛋白質(zhì)樣品,核磁共振的實(shí)驗(yàn)也從原來單一的核發(fā)展到三種甚至四種核同時(shí)在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中共振而產(chǎn)生相關(guān)信號(hào)。核磁共振方法的應(yīng)用范圍也從原來單一的蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)研究發(fā)展到蛋白質(zhì)動(dòng)力學(xué)方面的研究，蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與核酸以及小分子的相互作用和藥物篩選中蛋白質(zhì)分子與藥物分子的結(jié)合等方面。隨著人類基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)研究的不斷深入，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)組學(xué)的研究也會(huì)隨之興起，核磁共振技術(shù)在這方面的應(yīng)用會(huì)更多更廣。這些應(yīng)用的需求反過來也會(huì)促進(jìn)核磁共振技術(shù)本身的進(jìn)步和發(fā)展，使之更趨成熟和完善

H-HCOSY是確定質(zhì)子間偶合關(guān)系的有力工具，就這種作用來說，它相當(dāng)于多次質(zhì)子同核自旋去偶實(shí)驗(yàn)，但二者各有長處。H-HCOSY中的相關(guān)峰（或稱交叉峰）主要反映的是2J和3J偶合關(guān)系，偶爾會(huì)出現(xiàn)遠(yuǎn)程相關(guān)峰。

TOCSY（全相關(guān)譜，TOtal Correlation Spectroscopy）

可以找到同一偶合體系中所有氫核的相關(guān)信息，也就是說，從某一個(gè)氫核的信號(hào)出發(fā)，能找到與它處在同一個(gè)自旋系統(tǒng)中所有質(zhì)子的相關(guān)峰。這是一種很有用的2DNMR技術(shù)。

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

核磁共振ROESY和NOESY的區(qū)別及 適用范圍

核磁共振ROESY和NOESY的區(qū)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(zhuǎn)坐標(biāo)系下的NOESY。小分子的NOE是反相的，大分子是正相的。當(dāng)分子量接近2000時(shí)，NOE趨于0。在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下NOE始終為正，故測2000左右的樣品時(shí)須用ROESY。

答案三：

NOESY：Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy 二維NOE譜

ROESY：Rotating Frame Overhauser Effect Spectroscopy 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系NOE譜

相同點(diǎn)：

1)都是二維核磁共振實(shí)驗(yàn)(包括同核和異核實(shí)驗(yàn))。同核實(shí)驗(yàn)主要有1H-1H COSY，TOCSY，E.COSY, NOESY，ROESY，relay-NOESY等實(shí)驗(yàn)，主要用于自旋體系(殘基內(nèi)部)的譜峰確認(rèn)，耦合常數(shù)的測定，順序識(shí)別，以及由NOE交叉峰的強(qiáng)度得出質(zhì)子間距離約束條件。這也是非標(biāo)記樣品所能進(jìn)行的主要實(shí)驗(yàn)。

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

不同點(diǎn)：

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(duì)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(hào)點(diǎn)(交叉峰)距離對(duì)角峰近的可以考慮使用 roesy。

氫原子在分子中的化學(xué)環(huán)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(xué)位移；化學(xué)位移的大小,可采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化合物為原點(diǎn),測出峰與原點(diǎn)的距離,就是該峰的化學(xué)位移,現(xiàn)在一般采用(CH3)4Si(四甲基硅烷TMS)為標(biāo)準(zhǔn)化合物,其化學(xué)位移值為0 ppm.處在不同環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時(shí)吸收電磁波的頻率不同,在圖譜上出現(xiàn)的位置也不同,利用化學(xué)位移,峰面積和積分值以及耦合常數(shù)等信息,進(jìn)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(xiàn)和發(fā)展，是近代核磁共振波譜學(xué)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(gè)時(shí)間變量，經(jīng)兩次傅里葉變換得到的兩個(gè)獨(dú)立的頻率變量圖一般把第二個(gè)時(shí)間變量t2表示采樣時(shí)間，第一個(gè)時(shí)間變量t1則是與 t2無關(guān)的獨(dú)立變量，是脈沖序列中的某一個(gè)變化的時(shí)間間隔。

二維核磁共振譜的特點(diǎn)是將化學(xué)位移、耦合常數(shù)等核磁共振參數(shù)展開在二維平面上，這樣在一維譜中重疊在一個(gè)頻率坐標(biāo)軸上的信號(hào)分別在兩個(gè)獨(dú)立的頻率坐標(biāo)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(duì)推斷一維核磁共振譜圖中難以解析的復(fù)雜化合物結(jié)構(gòu)具有重要作用。

劃分區(qū)域

一個(gè)二維核磁共振試驗(yàn)的脈沖序列一般可劃分為下列幾個(gè)區(qū)域：

預(yù)備期(preraration)—演化期 t1(evolution)—混合期tm(mixing)—檢測期t2(detection)。檢測期完全對(duì)應(yīng)于一維核磁共振的檢測期，在對(duì)時(shí)間域t2進(jìn)行Fourier變換后得到F2頻率域的頻率譜。二維核磁共振的關(guān)鍵是引入了第二個(gè)時(shí)間變量演化期 t1。當(dāng)樣品中核自旋被激發(fā)后，它以確定頻率進(jìn)動(dòng)，并且這種進(jìn)動(dòng)將延續(xù)相當(dāng)一段時(shí)間。在這個(gè)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(xué)位移、偶合常數(shù)、積分曲線。應(yīng)用這些信 息，可以推測質(zhì)子在碳胳上的位置。

根據(jù)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(yīng)強(qiáng)度下發(fā)生核磁共振。例如：照射頻率為60 MHz，磁感應(yīng)強(qiáng)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(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)1H在分子中所處化學(xué)環(huán)境（化學(xué)環(huán)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(yùn)動(dòng)情況）不同時(shí)，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(gè)氫，由 于分別處在a，b，c三種不同的化學(xué)環(huán)境中，因此在三個(gè)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(xué)環(huán)境不同而在不同共振磁感應(yīng)強(qiáng)度下顯示吸收峰，這稱為化學(xué)位移（chemical shift）。化學(xué)位移是怎樣產(chǎn)生的？分子中磁性核不是完全裸露的，質(zhì)子被價(jià)電子包圍著。這些電子 在外界磁場的作用下發(fā)生循環(huán)的流動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)的磁場，感應(yīng)磁場應(yīng)與外界磁場相反（楞次定律），所以，質(zhì)子實(shí)際上感受到的有效磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)是外磁場感應(yīng)強(qiáng)度減去感應(yīng)磁場強(qiáng)度。即

B有效=B0(1-σ）=B0-B0σ=B0-B感應(yīng)

外電子對(duì)核產(chǎn)生的這作用稱為屏蔽效應(yīng)（shielding effect），也叫抗磁屏蔽效應(yīng)（diamagnetic effect）。稱為屏蔽常數(shù)（shielding constant）。與屏蔽較少的質(zhì)子比較，屏蔽多的質(zhì)子對(duì)外磁場感受較少，將在較高的外磁場B0作用下才能發(fā)生共振吸收。由于磁力線是閉合的，因此感應(yīng)磁 場在某些區(qū)域與外磁場的方向一致，處于這些區(qū)域的質(zhì)子實(shí)際上感受到的有效磁場應(yīng)是外磁場B0加上感應(yīng)磁場B感應(yīng)。這種作用稱為去屏蔽效應(yīng)（deshielding effect）。也稱為順磁去屏蔽效應(yīng)（paramagnetic effect）。受去屏蔽效應(yīng)影響的質(zhì)子在較低外磁場B0作用下就能發(fā)生共振吸收。綜上所述：質(zhì)子發(fā)生核磁共振實(shí)際上應(yīng)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(xué)環(huán)境的質(zhì)子受的屏蔽效應(yīng)各不相同，因此它們發(fā)生 核磁共振所需的外磁場B0也各不相同，即發(fā)生了化學(xué)位移。

對(duì)1H化學(xué)位移產(chǎn)生主要影響的是局部屏蔽效應(yīng)和遠(yuǎn)程屏蔽效應(yīng)。核外成鍵電子的電子云 密度對(duì)該核產(chǎn)生的屏蔽作用稱為局部屏蔽效應(yīng)。分子中其它原子和基團(tuán)的核外電子對(duì)所研究的 原子核產(chǎn)生的屏蔽作用稱為遠(yuǎn)程屏蔽效應(yīng)。遠(yuǎn)程屏蔽效應(yīng)是各向異性的?；瘜W(xué)位移的差別約為百萬分之十，要精確測定其數(shù)值十分困難?，F(xiàn)采用相對(duì)數(shù)值表示法，即選用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，以該標(biāo)準(zhǔn)物的共振吸收峰所處位置為零點(diǎn)，其它吸收峰的化學(xué)位移值根據(jù)這 些吸收峰的位置與零點(diǎn)的距離來確定。最常用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是四甲基硅（CH3)4Si簡稱TMS。選TMS為標(biāo)準(zhǔn)物是因?yàn)椋篢MS中的四個(gè)甲基對(duì)稱分布，因此所有氫都處在相 同的化學(xué)環(huán)境中，它們只有一個(gè)銳利的吸收峰。另外，TMS的屏蔽效應(yīng)很高，共振吸收在高場出現(xiàn)，而且吸收峰的位置處在一般有機(jī)物中的質(zhì)子不發(fā)生吸收的區(qū)域內(nèi)。現(xiàn)規(guī)定化學(xué)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(fù)，左邊的δ值為正。測定時(shí)，可把標(biāo)準(zhǔn)物與樣品放在一起配成溶液，這稱為內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)法。也可將標(biāo)準(zhǔn)物用毛細(xì)管封閉后放人樣品溶液中進(jìn) 行測定，這稱為外標(biāo)準(zhǔn)法。此外，還可以利用溶劑峰來確定待測樣品各個(gè)峰的化學(xué)位移。

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

δ=(ν樣-ν標(biāo))/ν儀×10^6 ④

在式④中，ν樣和ν標(biāo)分別代表樣品和標(biāo)準(zhǔn)化合物的共振頻率，ν儀為操作儀器選用的頻率。多數(shù)有機(jī)物的質(zhì)子信號(hào)發(fā)生在0～10處，零是高場，10是低場。需注意也有一些質(zhì)子的信號(hào)是在小于0的地方出現(xiàn)的。如安扭烯的環(huán)內(nèi)的質(zhì)子，受到其外芳環(huán)磁各向異性的影響，甚至可以達(dá)到-2.99。此外，在不同兆數(shù)的儀器中，化學(xué)位移的值是相同的?；瘜W(xué)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(duì)化學(xué)位移有影響，影 響最大的是電負(fù)性和各向異性效應(yīng)。

⑴電負(fù)性（誘導(dǎo)效應(yīng)）

電負(fù)性對(duì)化學(xué)位移的影響可概述為：電負(fù)性大的原子（或基團(tuán)）吸電子能力強(qiáng)，1H核附近的吸電子基團(tuán)使質(zhì)子峰向低場移（左移），給電子基閉使質(zhì)子峰向高場移（右移）。這是因?yàn)槲娮踊鶊F(tuán)降低了氫核周圍的電子云密度，屏蔽效應(yīng)也就隨之降低，所以質(zhì)子的化學(xué)位 移向低場移動(dòng)。給電子基團(tuán)增加了氫核周圍的電子云密度，屏蔽效應(yīng)也就隨之增加，所以質(zhì)子的 化學(xué)位移向高場移動(dòng)。下面是一些實(shí)例。

實(shí)例一： 電負(fù)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(shí)例二： 電負(fù)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(fù)性對(duì)化學(xué)位移的影響是通過化學(xué)鍵起作用的，它產(chǎn)生的屏蔽效應(yīng)屬于局部屏蔽效應(yīng)。

⑵各向異性效應(yīng)

當(dāng)分子中某些基團(tuán)的電子云排布不呈球形對(duì)稱時(shí)，它對(duì)鄰近的1H核產(chǎn) 生一個(gè)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(xiàn)象稱為各向異性效應(yīng)（anisotropic effect）。

除電負(fù)性和各向異性的影響外，氫鍵、溶劑效應(yīng)、van der Waals效應(yīng)也對(duì)化學(xué)位移有影響。氫鍵對(duì)羥基質(zhì)子化學(xué)位移的影響與氫鍵的強(qiáng)弱及氫鍵的電子給予體的性質(zhì)有關(guān)，在大多數(shù)情況 下，氫鍵產(chǎn)生去屏蔽效應(yīng)，使1H的δ值移向低場。有時(shí)同一種樣品使用不同的溶劑也會(huì)使化學(xué)位移值發(fā)生變化，這稱為溶劑效應(yīng)?；顫姎涞娜軇┬?yīng)比較明顯。

當(dāng)取代基與共振核之間的距離小于van der Waals半徑時(shí)，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(jié)果使共振核周圍的電子云密度降低，使質(zhì)子受到的屏蔽效應(yīng)明顯下降，質(zhì)子峰向低場移動(dòng)，這稱為van der Waals效應(yīng)。氫鍵的影響、溶劑效應(yīng)、van der Waals效應(yīng)在剖析NMR圖譜時(shí)很有用。

（3）共軛效應(yīng)

苯環(huán)上的氫若被推電子基取代，由于P-π共軛，使苯環(huán)電子云密度增大，質(zhì)子峰向高場位移。而當(dāng)有拉電子取代基則反之。對(duì)于雙鍵等體系也有類似的效果。

第二篇：核磁共振研究的歷史

核磁共振研究的歷史

劉志軍

（中科院自然科學(xué)史研究所，北京 100190；忻州師范學(xué)院物電系，山西 034000）

摘要：本文選取不論是對(duì)于眾多學(xué)科的基礎(chǔ)理論方面，還是在人類的生產(chǎn)、生活方面都有重大貢獻(xiàn)的核磁共振研究作為典型案例進(jìn)行研究，清晰地呈現(xiàn)出了核磁共振研究鮮明的階段性特征，以及由這一典型案例所揭示出的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究之間動(dòng)態(tài)變化著的、復(fù)雜的互動(dòng)關(guān)系。最后通過分析和總結(jié)，得出了這一典型案例對(duì)我國的科技發(fā)展和科技創(chuàng)新的一些啟示。

關(guān)鍵詞：核磁共振；諾貝爾獎(jiǎng)；基礎(chǔ)理論；應(yīng)用研究 中圖分類號(hào)：04－09

1二戰(zhàn)結(jié)束之前核磁共振實(shí)驗(yàn)的發(fā)展

1.1核磁共振研究的開端，這個(gè)時(shí)期主要以物理學(xué)的純基礎(chǔ)理論研究為特征 自從十九世紀(jì)末，二十世紀(jì)初人類對(duì)于微觀世界的科學(xué)探究真正起步后，不論是在實(shí)驗(yàn)還是在理論方面都在不斷取得突破和進(jìn)展。正如麻省理工學(xué)院物理系電子研究實(shí)驗(yàn)室的丹尼爾·克萊普納（Daniel Kleppner）所說，二十世紀(jì)初那些深刻改變了我們的世界觀的，物理學(xué)天才們的思想和成就，主要是建立在當(dāng)時(shí)重要的物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)之上的[1]?？梢哉f，物理實(shí)驗(yàn)是物理基礎(chǔ)理論創(chuàng)新和發(fā)展的主要源泉和基礎(chǔ)。

核磁共振研究是從斯特恩（Otto Stern）的分子束實(shí)驗(yàn)開始的。斯特恩（Otto Stern）1888年2月17日出生于德國的索勞（Sorau）。1912年，他從德國的布雷斯勞大學(xué)（University of Breslau）獲得物理化學(xué)博士學(xué)位后，作為愛因斯坦的助手，追隨愛因斯坦，先后到過布拉格大學(xué)和蘇黎世大學(xué)任教。1914他開始在法蘭克福大學(xué)工作，職務(wù)是理論物理學(xué)的無薪教師（Privatdocent），服兵役歸來后，1919年斯特恩在法蘭克福大學(xué)開始和玻恩一起工作，玻恩時(shí)任該校理論物理系主任。就在這一年，斯特恩觀察到，注入高真空室內(nèi)的原子或分子沿直線運(yùn)動(dòng)，形成一束粒子流，在某些方面類似于光束。使斯特恩成名的實(shí)驗(yàn)工作就是由此發(fā)展起來的。1919年，斯特恩對(duì)銀原子束首次應(yīng)用了這一方法，以檢驗(yàn)1850年前后氣體中分子速率的理論計(jì)算結(jié)果。1920年，斯特恩在他的助手彼得·勒特斯和蓋拉赫的幫助下，用實(shí)驗(yàn)事實(shí)無可辯駁地說明了在外加非均勻磁場的作用下，原子的空間取向是量子化的，這就是非常著名的斯特恩－蓋拉赫實(shí)驗(yàn)。空間量子化的概念是索末菲1916 年為了描述氫原子在外磁場和外電場作用下的行為而引入量子理論的?？臻g量子化可以滿意地描述正常塞曼效應(yīng)（Zeeman effect）和斯塔克效應(yīng)（Stark effect），對(duì)于解釋X射線譜線和說明氦譜問題也起過重要作用。然而在斯特恩－蓋拉赫實(shí)驗(yàn)之前，一直沒有人能夠以實(shí)驗(yàn)證實(shí)空間量子化這一客觀事實(shí)的存在。這一實(shí)驗(yàn)不僅支持了玻爾的定態(tài)軌道原子理論，并且也為“電子自旋”概念的提出提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，大大促進(jìn)了分子束（原子束）實(shí)驗(yàn)方法的發(fā)展。

斯特恩也因?yàn)榘l(fā)展了分子束的方法以及發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子磁矩這兩方面的重要貢獻(xiàn)而獲得了1943年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)[2]。

包括斯特恩－蓋拉赫實(shí)驗(yàn)在內(nèi)的一系列物理理論及實(shí)驗(yàn)成就的取得并沒有功利和實(shí)用性的技術(shù)創(chuàng)新的目標(biāo)因素在其中。從斯特恩實(shí)驗(yàn)研究的資金來源方面，也有力的佐證了這一點(diǎn)。當(dāng)時(shí)正值第一次世界大戰(zhàn)剛剛結(jié)束，玻恩所主持的物理系資金異常緊張。從1920 年1 月 1 始，玻恩連續(xù)面向公眾做了多次有償?shù)年P(guān)于愛因斯坦廣義相對(duì)論的報(bào)告，從中得到了約七千馬克的收入[3]。有了這筆資金作保證，斯特恩的實(shí)驗(yàn)才得以正常進(jìn)行。

美國著名科學(xué)史家和科學(xué)哲學(xué)家?guī)於髟?962年對(duì)于斯特恩的訪談[4]，印證了斯特恩當(dāng)年的科學(xué)研究的出發(fā)點(diǎn)完全是基于對(duì)于物質(zhì)世界的本質(zhì)進(jìn)行探究的好奇心的，很顯然他沒有也不可能預(yù)見到核磁共振實(shí)驗(yàn)對(duì)于當(dāng)今人類生產(chǎn)和生活的巨大影響。

1.2核磁共振實(shí)驗(yàn)研究在美國的發(fā)展，核磁共振開始向應(yīng)用研究發(fā)展

1927年6月，申請(qǐng)到哥倫比亞大學(xué)赴歐留學(xué)獎(jiǎng)學(xué)金的拉比（Isidor Isaac Rabi）攜妻子海倫踏上了赴歐求學(xué)之路。當(dāng)時(shí)，斯特恩已成為了漢堡大學(xué)的物理化學(xué)教授和實(shí)驗(yàn)室主任，并且創(chuàng)建了頗有影響的分子束實(shí)驗(yàn)室。見到斯特恩后，拉比將自己對(duì)于分子束實(shí)驗(yàn)的一個(gè)改進(jìn)思想告訴給了斯特恩，斯特恩立即建議拉比在他的分子束實(shí)驗(yàn)室里將這一想法付諸實(shí)踐。拉比在均勻磁場中完成了他的第一個(gè)分子束實(shí)驗(yàn)。1929年回到美國后，在哈羅德·尤里（Harold Urey）的幫助下，拉比在哥倫比亞大學(xué)創(chuàng)建了分子束實(shí)驗(yàn)室。[5]從此，原本專攻理論物理的拉比開始了他一系列成就非凡的核磁共振實(shí)驗(yàn)研究。

1944年，拉比由于發(fā)明了精確測定了一些核磁屬性的方法而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。到這個(gè)時(shí)候，世界上仍沒有將核磁共振實(shí)驗(yàn)技術(shù)轉(zhuǎn)向應(yīng)用研究發(fā)展的端倪出現(xiàn)。

在二戰(zhàn)之前，美國政府對(duì)科技活動(dòng)的支持僅限于個(gè)別領(lǐng)域，對(duì)全國科技如何發(fā)展，政府并沒有形成全面影響的指導(dǎo)政策?；A(chǔ)研究是以民間支持自由發(fā)展為主，政府的功能主要體現(xiàn)在立法上。在憲法中規(guī)定了要保護(hù)發(fā)明人的權(quán)益。1790 年制定了保護(hù)專利的第一部法律。1802 年成立了聯(lián)邦專利局。1862 年林肯政府通過了《土地贈(zèng)與法案》(The Land Grant Act)，寬泛地鼓勵(lì)對(duì)教育和研究事業(yè)的支持?？偟膩碚f，二戰(zhàn)前美國基本談不上什么系統(tǒng)的科技政策，政府主要是對(duì)農(nóng)業(yè)部門進(jìn)行適度的支持[6]。而哥倫比亞大學(xué)是一所私立的常春藤盟校，所以拉比的赴歐留學(xué)是一種在當(dāng)時(shí)的政策大環(huán)境下的個(gè)人行為。1963年12月庫恩對(duì)他進(jìn)行訪談時(shí)，拉比回憶說，他認(rèn)為在他去歐洲之前，美國本土并沒有幾個(gè)真正懂量子力學(xué)的物理學(xué)家，他到歐洲學(xué)習(xí)的主要志向就是要改變美國物理學(xué)落后的現(xiàn)狀的[9]。在得到在美國訪問的海森堡的推薦，回到哥倫比亞大學(xué)當(dāng)講師后，拉比能建立分子束實(shí)驗(yàn)室在很大程度上得益于尤里（Harold Urey，一個(gè)1934年獲得諾貝爾獎(jiǎng)的化學(xué)家）的慷慨捐助。尤里將自己7600美元的諾貝爾獎(jiǎng)金的一半給了資金遇到困難的拉比，他對(duì)別人說：“那個(gè)人（拉比）將會(huì)獲得諾貝爾獎(jiǎng)”[7]。

2二戰(zhàn)結(jié)束之后核磁共振實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展

2.1核磁共振開始真正進(jìn)入實(shí)用技術(shù)領(lǐng)域

接下來對(duì)核磁共振研究的理論和實(shí)驗(yàn)作出卓越貢獻(xiàn)的物理學(xué)家是布洛赫（Felix Bloch）和珀塞爾（Edward Mills Purcell）。

與拉比一樣，珀塞爾成長于美國本土，作為交換生，1934年珀塞爾到德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院（Technische Hochschule, Karlsruhe）跟隨光譜學(xué)教授衛(wèi)澤爾（Walter Witzel）學(xué)習(xí)了一年?；貒?，1938年在哈佛獲得了博士學(xué)位。布洛赫出生于瑞士的一個(gè)猶太人家庭，1928年，在萊比錫師從海森堡獲得了理論物理學(xué)的博士學(xué)位。1933年，迫于形勢，移居美國接受了斯坦福大學(xué)的一個(gè)教職。

二戰(zhàn)是美國科技政策的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

二戰(zhàn)期間，美國政府向麻省理工學(xué)院的輻射實(shí)驗(yàn)室（Radiation Laboratory）注入資金，羅斯福總統(tǒng)任命萬尼瓦爾·布什為這一實(shí)驗(yàn)室的領(lǐng)導(dǎo)人，率領(lǐng)一大批物理學(xué)家從事軍事研發(fā)的工作，這其中就包括拉比、布洛赫和珀塞爾。這一實(shí)驗(yàn)室無疑對(duì)美國在戰(zhàn)后物理學(xué)的研究和發(fā)展影響深遠(yuǎn)，意義重大。也正是這一時(shí)期與拉比等物理學(xué)家的合作和交往為布洛赫和珀塞爾在核磁共振領(lǐng)域的研究和貢獻(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1945年二戰(zhàn)剛一結(jié)束，分別回到斯 2 坦福和哈佛的布洛赫和珀塞爾就同時(shí)用新的方法，在精確測定物質(zhì)的核磁屬性方面取得了突破和進(jìn)展[8]，并因此而共同榮獲了1952年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

要強(qiáng)調(diào)的是，他們的核磁共振研究并沒有政府行為的影響，而且研究所需的經(jīng)費(fèi)也不是從政府或是有利益訴求的投資方來取得的。

布洛赫回憶說，當(dāng)他們想在斯坦福建造一臺(tái)回旋加速器和購置一些設(shè)備時(shí)，首先碰到的就是資金來源問題，他們甚至沒有得到校方的任何支持和幫助，而最終是從洛克菲勒基金會(huì)（Rockefeller Foundation）獲取到了資助，而洛克菲勒基金會(huì)的宗旨是為了“促進(jìn)全人類的安康”而進(jìn)行無償援助的。并且當(dāng)時(shí)基金會(huì)的管理人員也完全清楚布洛赫他們是以純基礎(chǔ)科學(xué)研究為目的的[9]。那么同樣，當(dāng)時(shí)他們從事核磁共振研究的資金也主要是自籌為主。

1946年7月，幫助軍方研究微波雷達(dá)的拉塞爾·瓦里安（Russell Varian）也回到了斯坦福，作為物理學(xué)教授漢森的實(shí)驗(yàn)助手，他卻敏銳地意識(shí)到了核磁共振技術(shù)在化學(xué)分析領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景，捕捉到了其商機(jī)所在。雖然布洛赫和漢森對(duì)此并不以為然，可瓦里安還是促使他們倆人在1948年共同取得了這一技術(shù)的專利權(quán)。同年4月，瓦里安兄弟倆共同創(chuàng)建了以核磁共振技術(shù)應(yīng)用為目的的瓦里安公司。

就在布洛赫和珀塞爾獲獎(jiǎng)的1952年，瓦里安公司研制出了世界上第一臺(tái)商用核磁共振波譜測定儀（Varian HR-30），同年9月，這臺(tái)儀器在德州貝城市的一家石油公司（Humble Oil company）里投入使用。

在諾貝爾頒獎(jiǎng)宴會(huì)演說（Banquet Speech）中，珀塞爾表達(dá)了對(duì)和他共同研究這一課題的一些國內(nèi)及國際同行的感激，介紹了他們的一些重要研究成果。并由衷贊賞了科學(xué)家同行們在共同研究問題時(shí)，互相之間毫無保留的無私精神[10]。這也從一個(gè)側(cè)面反映了當(dāng)時(shí)布洛赫及其他科學(xué)家的研究在主觀上是排除技術(shù)創(chuàng)新或是任何商業(yè)動(dòng)機(jī)在外的。

2.2核磁共振技術(shù)創(chuàng)新、發(fā)展和應(yīng)用的全面繁榮 上世紀(jì)五十年代，核磁共振在理論上也不斷取得突破和創(chuàng)新，比如在分析和解釋弛豫現(xiàn)象方面，先后有1953年布洛赫提出的布洛赫方程(Bloch equations)，1955年所羅門提出的所羅門方程（Solomon equations），和1957年雷德菲爾德理論（Redfield theory）等[11]。

從第一臺(tái)商用核磁共振波譜測定儀誕生之后起，核磁共振技術(shù)就迅速向應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域不斷取得突破和進(jìn)展。而這些進(jìn)展則幾乎都和一些科技公司或是技術(shù)創(chuàng)新的訴求相聯(lián)系，已不再像早期發(fā)展的那樣，主要是以基礎(chǔ)科學(xué)研究為目的了。

1962年，世界上第一臺(tái)超導(dǎo)磁體的核磁共振波譜測定儀在瓦里安公司誕生。

1965年，在瓦里安公司工作的恩斯特（Richard R Ernst）提出了利用核磁共振技術(shù)來測定物質(zhì)結(jié)構(gòu)的新方法，將傅立葉變換方法真正引入到了核磁共振技術(shù)中，相對(duì)于化學(xué)界所使用的傳統(tǒng)光譜學(xué)方法，這一創(chuàng)新數(shù)十甚至數(shù)百倍的提高了物質(zhì)結(jié)構(gòu)測定的敏感度。

1966年到1968年間，為了用傅立葉變換方法處理大量的數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)引入到了核磁共振的數(shù)據(jù)處理和程序控制當(dāng)中。

1970年，世界上第一臺(tái)用于商業(yè)化目的的超導(dǎo)磁體傅立葉變換核磁共振波譜測定儀在德國的布魯克公司（Bruker Company）正式生產(chǎn)。

1971年美國科學(xué)家雷蒙德·達(dá)馬迪安（Raymond Damadian）在實(shí)驗(yàn)鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了腫瘤和正常組織之間核磁共振信號(hào)有明顯的差別，從而揭示了核磁共振技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的可能性。

1973年保羅·勞特布爾（Paul C Lauterbur）和彼得·曼斯菲爾德（Peter Mansfield）分別獨(dú)立地發(fā)表文章，來闡述核磁共振成像的原理[12][13]。他們都認(rèn)為用線性梯度場來獲取核磁共振的空間分辨率是一種有效的解決方案，因而為核磁共振成像奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。就在同一年，世界上第一幅二維核磁共振圖像產(chǎn)生。

1974年，勞特布爾獲得活鼠的核磁共振圖像。1976年曼斯菲爾德獲得世界上第一幅人體斷層像。

從此，核磁共振成像技術(shù)（MRI）向醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用和其他更廣泛的領(lǐng)域迅速擴(kuò)展，引發(fā)了眾多學(xué)科的基礎(chǔ)研究和技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的深刻變革。

二十世紀(jì)八十年代，在約翰·芬恩（John B Fenn）、田中耕一（Koichi Tanaka）和科特·維特里希（Kurt Wüthrich）等科學(xué)家的共同努力下，又成功地解決了生物大分子的核磁共振波譜測量技術(shù)，這對(duì)于生物學(xué)和醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)理論的研究都有不可估量的重要意義[14]。例如，他們的成果幾乎立即就對(duì)生物制藥領(lǐng)域產(chǎn)生了深刻的影響，特別是在上世紀(jì)九十年代對(duì)艾滋病藥物的研制有突出的貢獻(xiàn)。他們也因此而榮獲了2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

到目前為止，核磁共振技術(shù)的發(fā)展仍然方興未艾。該技術(shù)在物理學(xué)的量子信息處理方面，在化學(xué)領(lǐng)域的分子結(jié)構(gòu)測試及有機(jī)合成反應(yīng)等方面，在心理學(xué)及精神衛(wèi)生方面，在生物和食品制造加工方面，在煤層勘探和油氣測量方面，在測井技術(shù)方面，在木材加工和處理方面，在造紙技術(shù)方面等等眾多領(lǐng)域基礎(chǔ)理論的研究和突破以及應(yīng)用等方面都有著非常重要的貢獻(xiàn)和潛在的技術(shù)創(chuàng)新前景。

3結(jié)語

核磁共振研究的發(fā)展歷程告訴我們，這一科學(xué)研究在不同的發(fā)展階段是呈現(xiàn)出不同的鮮明特點(diǎn)的。正因?yàn)槠湓诨A(chǔ)研究和應(yīng)用研究兩方面形成了良好的雙向互動(dòng)關(guān)系，所以在近百年來，核磁共振研究才在人類的眾多研究、生產(chǎn)和生活領(lǐng)域中作出了卓越的貢獻(xiàn)。

有統(tǒng)計(jì)表明，在諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)中，屬于重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和重大理論突破而獲獎(jiǎng)的比例平均在80%左右[15]。因此，很顯然諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)的大部分是屬于基礎(chǔ)研究的。換言之，一個(gè)國家在某個(gè)時(shí)期內(nèi)所獲的諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)的數(shù)量基本可以代表這個(gè)國家在那個(gè)時(shí)期的基礎(chǔ)科學(xué)的研究水平。到目前為止，有關(guān)于核磁共振技術(shù)而頒發(fā)的十項(xiàng)諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)中，有六項(xiàng)的主要貢獻(xiàn)是美國的科學(xué)家所做出的，因而核磁共振研究從一個(gè)側(cè)面反映和代表了美國在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的世界領(lǐng)先地位，體現(xiàn)出了美國的基礎(chǔ)科學(xué)研究和科技創(chuàng)新之間非常密切的關(guān)聯(lián)度和良性互動(dòng)關(guān)系。這些情況都充分表明，基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究并重對(duì)一個(gè)國家的科技發(fā)展至關(guān)重要，只有在它們同時(shí)堅(jiān)實(shí)而穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)上，形成良好的雙向互動(dòng)關(guān)系，才能真正為一個(gè)國家的科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、文化等各方面的發(fā)展提供持久強(qiáng)勁的推動(dòng)力。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Daniel Kleppner.A short history of atmoic physics in the twentieth century[J].Rev.Mod.Phys., Vol.71, No.2, Centenary 1999.[2] The Nobel Foundation.Otto Stern-Biography [EB/OL] [2010-10-13].Stockholm: The Nobel Foundation.http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1943/stern.html [3]Greenspan N T.The end of the certain world-the life and science of Max ·Born [M].John Wiley﹠Sons , Ltd , 2005 :92293.[4] Thomas S.Kuhn.Oral History Transcript-Dr.Otto Stern [J/OL](1962-05-29,1963-05-30)[2010-10-15].American Institute of Physics.http:// [5]Thomas S.Kuhn.Oral History Transcript-Dr.I.I.Rabi [J/OL](1963-12-08)[2010-10-15].American Institute of Physics.http:// [6]黃先智,美國科技政策的演變及特點(diǎn)[J].云南科技管理.2003,2:50-52.[7]Jeremy Bernstein.Experiencing Science[M].New York:Basic Books,Inc.,Pub.1978:38-129.[8]F.Bloch, W.W.Hansen, M.Packard.Nuclear Induction[J].Phys.Rev 69, 1948,127.[9]Charles Weiner.Oral History Transcript-Dr.Felix Bloch [J/OL](1968-08-15)[2010-10-15].American Institute of Physics.http:// [10]E.M.Purcell.E.M.Purcell –Banquet Speech [J/OL](1952-12-10)[2010-10-19] Stockholm: The Nobel Foundation.http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1952/purcell-speech.html [11] J.W.Emsley,J.Feeney.Forty years of Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy[R/OL]// Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy 50 ,2007: 179–198 [2010-10-20].http://004km.cn/wps/find/journaldescription.cws_home/525435/description#description [12]P.C.Lauterbur, Image Formation by Induced Local Interactions: Examples Employing Nuclear Magnetic Resonance[J], Nature ,1973,242:190–191.[13]Peter Mansfield,P K Grannell.NMR ‘diffraction’ in solids[J].Physics.C:Solid State Physics, 1973,6:422.[14]傅杰青,禹寬平.2003年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)給科學(xué)界的多重啟示（上）[J].醫(yī)學(xué)與哲學(xué),2004,25(2):18-20.[15]路甬祥.規(guī)律與啟示_從諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)與20世紀(jì)重大科學(xué)成就看科技原始創(chuàng)新的規(guī)律.西安:西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)[J].2000,12.3-11.The Development and Enlightenment of Nuclear Magnetic Resonance

Liu Zhijun(The Institute for the History of Natural Science,Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190)（Department of Physics and Electronics,Xinzhou Teacher’s University,Shanxi Xinzhou 034000,China)

Abstract: It is well known that the development of NMR has made great contributions not only to the basic theories of many disciplines but also to the production and people’s livelihood.It clearly revealed the characteristics of stage on the development of NMR, as well as the dynamic and complicated interaction between the basic science and the applied technology to select the development of NMR as a typical case in this thesis.Finally through the analysis and summary，It puts forward some insight in this thesis for the purpose of progress and innovation in science and technology in our country.Key words:nuclear magnetic resonance(NMR);Nobel Prize;basic theory;applied research

第三篇：核磁共振系統(tǒng)的數(shù)字化研究

核磁共振系統(tǒng)的數(shù)字化研究

【摘要】：核磁共振(NMR)技術(shù)作為一種研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要工具,在物質(zhì)檢測和醫(yī)學(xué)影像等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí),其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展和科學(xué)研究的深入,又對(duì)核磁共振系統(tǒng)提出了更高的要求。本論文主要針對(duì)目前常規(guī)商業(yè)化NMR譜儀存在的問題,開展了譜儀技術(shù)的數(shù)字化研究,在保證譜儀功能和性能的前提下,對(duì)譜儀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,降低了設(shè)計(jì)成本。該研究工作為NMR設(shè)備的普及奠定了基礎(chǔ)。論文的主要內(nèi)容如下:1.核磁共振系統(tǒng)數(shù)字化研究的趨勢。首先,介紹了核磁共振技術(shù)的發(fā)展,指出應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)是譜儀發(fā)展的一個(gè)重要方向。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)本論文的主要工作論述了數(shù)字化研究的意義。2.基于USB總線的一體化核磁共振譜儀控制臺(tái)的數(shù)字化研究。首先,在總結(jié)常規(guī)核磁共振譜儀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出了全數(shù)字、一體化的譜儀控制臺(tái)的設(shè)計(jì)思想。然后,詳細(xì)介紹了該譜儀控制臺(tái)的設(shè)計(jì)思路和硬件結(jié)構(gòu)。該譜儀控制臺(tái)采用USB總線,實(shí)現(xiàn)了外置式架構(gòu)。此外,該譜儀控制臺(tái)將控制/通訊部分、脈沖序列控制部分、射頻發(fā)射部分與信號(hào)接收部分集成于一塊板卡之上,還可以實(shí)現(xiàn)兩種工作模式。最后,采用常規(guī)NMR序列實(shí)驗(yàn)較好地驗(yàn)證了整套系統(tǒng)的性能?？梢钥吹?在譜儀結(jié)構(gòu)簡化的同時(shí)保證了性能指標(biāo),增強(qiáng)了靈活性,拓寬了應(yīng)用范圍。3.多通道磁共振信號(hào)接收方法的數(shù)字化研究。首先,討論了近年來隨著相控陣和并行成像技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)的要求。然后,針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,提出了F_TDM多通道接收方法,并進(jìn)行了

理論分析。最后,我們設(shè)計(jì)了基于PCI總線的四通道F_TDM數(shù)字接收機(jī),通過成像實(shí)驗(yàn)論證了該方法的可行性。4.選擇性激發(fā)脈沖的數(shù)字化研究。為提高射頻功率放大器的效率,降低儀器的成本,我們提出了正負(fù)相位組合(P/N)選擇性激發(fā)脈沖。首先,我們將P/N脈沖展開成傅立葉級(jí)數(shù),分析了P/N脈沖和軟脈沖在選擇性激發(fā)上的等效性。然后通過密度矩陣的方法模擬了P/N脈沖的激發(fā)帶寬曲線,并與軟脈沖的激發(fā)帶寬曲線作了比較。最后通過實(shí)驗(yàn)測量了P/N脈沖的激發(fā)帶寬曲線,并給出了采用P/N脈沖選層獲得的多層SE2D圖像。5.磁共振系統(tǒng)數(shù)字化研究的總結(jié)與展望?？偨Y(jié)了本論文的主要研究工作及其應(yīng)用方向,對(duì)目前工作中存在的問題進(jìn)行了分析并指出了改進(jìn)的方向?！娟P(guān)鍵詞】：核磁共振磁共振成像數(shù)字化研究一體化USB微處理器時(shí)分復(fù)用頻分復(fù)用選擇性激發(fā)正負(fù)相位組合脈沖 【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué) 【學(xué)位級(jí)別】：博士 【學(xué)位授予年份】：2008 【分類號(hào)】：O482.532 【目錄】：論文摘要6-8ABSTRACT8-12第一章緒論12-171.1核磁共振技術(shù)的發(fā)展概述12-131.2論文的主要研究內(nèi)容及其意義13-15參考文獻(xiàn)15-17第二章基于USB總線的一體化核磁共振譜儀控制臺(tái)17-562.1核磁共振譜儀的結(jié)構(gòu)及發(fā)展17-212.1.1常規(guī)PFT-NMR譜儀結(jié)構(gòu)17-202.1.2一體化核磁共振譜儀結(jié)構(gòu)20-212.2基于USB總線的一體化核磁共振譜儀控制臺(tái)的數(shù)字化研究21-462.2.1控制/通訊單元

22-282.2.2脈沖序列控制單元28-312.2.3射頻發(fā)射單元31-412.2.4信號(hào)接收單元41-462.3硬件設(shè)計(jì)46-482.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果48-522.5總結(jié)52-53參考文獻(xiàn)53-56第三章F_TDM多通道接收方法56-863.1磁共振信號(hào)的檢測方法56-583.2相控陣與并行成像技術(shù)對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)的要求58-603.3F_TDM多通道接收方法的理論分析60-683.3.1時(shí)分復(fù)用(TDM)技術(shù)61-633.3.2頻分復(fù)用(FDM)技術(shù)63-653.3.3F_TDM技術(shù)65-683.4F_TDM多通道接收機(jī)的硬件設(shè)計(jì)68-763.4.1放大與混頻的設(shè)計(jì)69-703.4.2時(shí)分復(fù)用的設(shè)計(jì)70-713.4.3F_TDM信號(hào)接收與解調(diào)的設(shè)計(jì)71-753.4.4數(shù)字邏輯控制的設(shè)計(jì)75-763.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果76-823.5.1耦合度76-783.5.2相位相干性78-803.5.3成像實(shí)驗(yàn)80-823.6討論82-83參考文獻(xiàn)83-86第四章正負(fù)相位組合(P/N)選擇性激發(fā)脈沖86-1074.1選擇性激發(fā)脈沖在磁共振成像中的應(yīng)用86-894.2P/N脈沖的理論分析89-914.3等效性的驗(yàn)證91-984.3.1計(jì)算機(jī)模擬方法91-934.3.2相位93-944.3.3傾倒角94-974.3.4激發(fā)邊帶97-984.4硬件設(shè)計(jì)98-994.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果99-1024.6討論102-105參考文獻(xiàn)105-107第五章總結(jié)與展望107-1101、基于USB總線的一體化核磁共振譜儀控制臺(tái)107-1082、多通道磁共振信號(hào)接收方法的數(shù)字化研究1083、選擇性激發(fā)脈沖的數(shù)字化研究108-110攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文110-111攻讀博士學(xué)位期間申請(qǐng)的國家發(fā)明專利111-112致謝112

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第四篇：研究蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用方法總結(jié)-實(shí)驗(yàn)步驟

研究蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用方法總結(jié)-實(shí)驗(yàn)步驟

蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間相互作用構(gòu)成了細(xì)胞生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)主要組成部分，蛋白-蛋白互作網(wǎng)絡(luò)與轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)對(duì)調(diào)控細(xì)胞及其信號(hào)有重要意義。把原來spaces空間上的一篇蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)間相互作用研究方法轉(zhuǎn)來，算是實(shí)驗(yàn)技巧分類目錄的首篇。間相互作用的實(shí)驗(yàn)方法比較)

一、酵母雙雜交系統(tǒng)

酵母雙雜交系統(tǒng)是當(dāng)前廣泛用于蛋白質(zhì)相互作用組學(xué)研究的一種重要方法。其原理是當(dāng)靶蛋白和誘餌蛋白特異結(jié)合后，誘餌蛋白結(jié)合于報(bào)道基因的啟動(dòng)子，啟動(dòng)報(bào)道基因在酵母細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)，如果檢測到報(bào)道基因的表達(dá)產(chǎn)物，則說明兩者之間有相互作用，反之則兩者之間沒有相互作用。將這種技術(shù)微量化、陣列化后則可用于大規(guī)模蛋白質(zhì)之間相互作用的研究。在實(shí)際工作中，人們根據(jù)需要發(fā)展了單雜交系統(tǒng)、三雜交系統(tǒng)和反向雜交系統(tǒng)等。Angermayr等設(shè)計(jì)了一個(gè)SOS蛋白介導(dǎo)的雙雜交系統(tǒng)?？梢匝芯磕さ鞍椎墓δ?，豐富了酵母雙雜交系統(tǒng)的功能。此外，酵母雙雜交系統(tǒng)的作用也已擴(kuò)展至對(duì)蛋白質(zhì)的鑒定。

二、噬茵體展示技術(shù)

在編碼噬菌體外殼蛋白基因上連接一單克隆抗體的DNA序列，當(dāng)噬菌體生長時(shí)，表面就表達(dá)出相應(yīng)的單抗，再將噬菌體過柱，柱上若含目的蛋白，就會(huì)與相應(yīng)抗體特異性結(jié)合，這被稱為噬菌體展示技術(shù)。此技術(shù)也主要用于研究蛋白質(zhì)之間的相互作用，不僅有高通量及簡便的特點(diǎn)，還具有直接得到基因、高選擇性的篩選復(fù)雜混合物、在篩選過程中通過適當(dāng)改變條件可以直接評(píng)價(jià)相互結(jié)合的特異性等優(yōu)點(diǎn)。目前，用優(yōu)化的噬菌體展示技術(shù)，已經(jīng)展示了人和鼠的兩種特殊細(xì)胞系的cDNA文庫，并分離出了人上皮生長因子信號(hào)傳導(dǎo)途徑中的信號(hào)分子。

三、等離子共振技術(shù)

表面等離子共振技術(shù)(Surface Plasmon Resonance，SPR)已成為蛋白質(zhì)相互作用研究中的新手段。它的原理是利用一種納米級(jí)的薄膜吸附上“誘餌蛋白”，當(dāng)待測蛋白與誘餌蛋白結(jié)合后，薄膜的共振性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，通過檢測便可知這兩種蛋白的結(jié)合情況。SPR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是不需標(biāo)記物或染料，反應(yīng)過程可實(shí)時(shí)監(jiān)控。測定快速且安全，還可用于檢測蛋白一核酸及其它生物大分子之間的相互作用。

(另補(bǔ)充2：檢測兩種蛋白質(zhì)之

四、熒光能量轉(zhuǎn)移技術(shù)

熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）廣泛用于研究分子間的距離及其相互作用;與熒光顯微鏡結(jié)合，可定量獲取有關(guān)生物活體內(nèi)蛋白質(zhì)、脂類、DNA 和RNA 的時(shí)空信息。隨著綠色熒光蛋白（GFP）的發(fā)展，F(xiàn)RET 熒光顯微鏡有可能實(shí)時(shí)測量活體細(xì)胞內(nèi)分子的動(dòng)態(tài)性質(zhì)。提出了一種定量測量FRET效率以及供體與受體間距離的簡單方法，僅需使用一組濾光片和測量一個(gè)比值，利用供體和受體的發(fā)射譜消除光譜間的串?dāng)_。該方法簡單快速，可實(shí)時(shí)定量測量FRET 的效率和供體與受體間的距離，尤其適用于基于GFP 的供體受體對(duì)。

五、抗體與蛋白質(zhì)陣列技術(shù)

蛋白芯片技術(shù)的出現(xiàn)給蛋白質(zhì)組學(xué)研究帶來新的思路。蛋白質(zhì)組學(xué)研究中一個(gè)主要的內(nèi)容就是研究在不同生理狀態(tài)下蛋白水平的量變，微型化，集成化，高通量化的抗體芯片就是一個(gè)非常好的研究工具，他也是芯片中發(fā)展最快的芯片，而且在技術(shù)上已經(jīng)日益成熟。這些抗體芯片有的已經(jīng)在向臨床應(yīng)用上發(fā)展，比如腫瘤標(biāo)志物抗體芯片等，還有很多已經(jīng)應(yīng)用再眼就的各個(gè)領(lǐng)域里。

六、免疫共沉淀技術(shù)

免疫共沉淀主要是用來研究蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用的一種技術(shù)，其基本原理是，在細(xì)胞裂解液中加入抗興趣蛋白的抗體，孵育后再加入與抗體特異結(jié)合的結(jié)合于Pansobin珠上的金黃色葡萄球菌蛋白A(SPA)，若細(xì)胞中有正與興趣蛋白結(jié)合的目的蛋白，就可以形成這樣一種復(fù)合物：“目的蛋白—興趣蛋白—抗興趣蛋白抗體—SPA|Pansobin”，因?yàn)镾PA|Pansobin比較大，這樣復(fù)合物在離心時(shí)就被分離出來。經(jīng)變性聚丙烯酰胺凝膠電泳，復(fù)合物四組分又被分開。然后經(jīng)Western blotting法，用抗體檢測目的蛋白是什么，是否為預(yù)測蛋白。這種方法得到的目的蛋白是在細(xì)胞內(nèi)天然與興趣蛋白結(jié)合的，符合體內(nèi)實(shí)際情況，得到的蛋白可信度高。但這種方法有兩個(gè)缺陷：一是兩種蛋白質(zhì)的結(jié)合可能不是直接結(jié)合，而可能有第三者在中間起橋梁作用；二是必須在實(shí)驗(yàn)前預(yù)測目的蛋白是什么，以選擇最后檢測的抗體，所以，若預(yù)測不正確，實(shí)驗(yàn)就得不到結(jié)果，方法本身具有冒險(xiǎn)性。

七、pull-down技術(shù)

蛋白質(zhì)相互作用的類型有牢固型相互作用和暫時(shí)型相互作用兩種。牢固型相互作用以多亞基蛋白復(fù)合體常見，最好通過免疫共沉淀（Co-IP）、Pull-down技術(shù)或Far-western法研究。Pull-down技術(shù)用固相化的、已標(biāo)記的餌蛋白或標(biāo)簽蛋白（生物素-、PolyHis-或GST-），從細(xì)胞裂解液中

釣出與之相互作用的蛋白。通過Pull-down技術(shù)可以確定已知的蛋白與釣出蛋白或已純化的相關(guān)蛋白間的相互作用關(guān)系，從體外傳路或翻譯體系中檢測出蛋白相互作用關(guān)系。

檢測兩種蛋白質(zhì)之間相互作用的實(shí)驗(yàn)方法比較

研究蛋白-蛋白相互作用是理解生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)是生物信息調(diào)控的主要實(shí)現(xiàn)方式，是決定細(xì)胞命運(yùn)的關(guān)鍵因素。檢測蛋白質(zhì)間相互作用的實(shí)驗(yàn)方法有哪些？(補(bǔ)充：研究蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用方法總結(jié)1)這些檢測方法各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？總結(jié)如下。1.生化方法

●共純化、共沉淀，在不同基質(zhì)上進(jìn)行色譜層析（需要補(bǔ)充）

●蛋白質(zhì)親和色譜 基本原理是將一種蛋白質(zhì)固定于某種基質(zhì)上（如Sepharose），當(dāng)細(xì)胞抽提液經(jīng)過改基質(zhì)時(shí)，可與改固定蛋白相互作用的配體蛋白被吸附，而沒有吸附的非目標(biāo)蛋白則隨洗脫液流出。被吸附的蛋白可以通過改變洗脫液或者洗脫條件而回收下來。

GST pull down技術(shù)：為了更有效的利用蛋白質(zhì)親和色譜，可以將待純話的蛋白以融合蛋白的形式表達(dá)，即將”誘餌“蛋白與一種易于純化的配體蛋白融合。例如與GST融合的蛋白再經(jīng)過GSH的色譜柱時(shí)，就可以通過GST和GSH的相互作用而被吸附。當(dāng)載有細(xì)胞抽提物經(jīng)過柱時(shí)，就可以得到能夠與“誘餌”蛋白相互作用的目標(biāo)蛋白了。

Epitope-tag技術(shù)：表位附加標(biāo)記技術(shù) 就是將附加的抗原融合到目的蛋白以檢測目的蛋白的表達(dá)，同時(shí)還可以通過親和層析法來純化目的蛋白。缺點(diǎn)：表位附加標(biāo)記可能會(huì)使融合蛋白不穩(wěn)定，改變或使融合蛋白功能喪失。

以上兩種方法都要共同的缺點(diǎn)：假陽性。實(shí)驗(yàn)所檢測到的相互作用可能時(shí)由蛋白質(zhì)所帶電荷引起的，并不是生理性的相互作用；蛋白的相互作用可能并不是直接的，可是由第三者作為中介的；有時(shí)會(huì)檢測到兩種在細(xì)胞中不可能相遇卻有極強(qiáng)親和力的蛋白。因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果還應(yīng)經(jīng)其他方法驗(yàn)證。

●免疫共沉淀 免疫共沉淀是以抗體和抗原之間的專一性作用為基礎(chǔ)的用于研究蛋白質(zhì)相互作用的經(jīng)典方法。改法的優(yōu)點(diǎn)是蛋白處于天然狀態(tài)，蛋白的相互作用可以在天然狀態(tài)下進(jìn)行，可以避免認(rèn)為影響；可以分離得到天然狀態(tài)下相互作用的蛋白復(fù)合體。缺點(diǎn)：免疫共沉淀同樣不能保證沉淀的蛋白復(fù)合物時(shí)候?yàn)橹苯酉嗷プ饔玫膬煞N蛋白。另外靈敏度不如親和色譜高。

●Far-Western 又叫做親和印記。將PAGE膠上分離好的凡百樣品轉(zhuǎn)移到硝酸纖維膜上，然后檢測哪種蛋白能與標(biāo)記了同位素的誘餌蛋白發(fā)生作用，最后顯影。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)膜前需要將蛋白復(fù)性。

2.等離子表面共振技術(shù)（Surface plasmon resonance）該技術(shù)是將誘餌蛋白結(jié)合于葡聚糖表面，葡聚糖層固定于幾十納米厚的技術(shù)膜表面。當(dāng)有蛋白質(zhì)混合物經(jīng)過時(shí)，如果有蛋白質(zhì)同“誘餌”蛋白發(fā)生相互作用，那么兩者的結(jié)合將使金屬膜表面的折射綠上升，從而導(dǎo)致共振角度的改變。而共振角度的改變與該處的蛋白質(zhì)濃度成線性關(guān)系，由此可以檢測蛋白質(zhì)之間的相互作用。該技術(shù)不需要標(biāo)記物和染料，安全靈敏快速，還可定量分析。缺點(diǎn)：需要專門的等離子表面共振檢測儀器。

3.遺傳學(xué)方法 使某處發(fā)生缺損，檢測對(duì)其他地方的影響。

●基因外抑制子。基因外抑制子是通過一個(gè)基因的突變來彌補(bǔ)原有基因的突變。比如相互作用的蛋白A和B，如果A發(fā)生了突變使兩者不再相互作用，此時(shí)B如果再發(fā)生彌補(bǔ)性突變就可以使兩者的相互作用恢復(fù)，那么B就是A的基因外抑制子。缺點(diǎn)：需要知道基因，要有表型，篩選抑制子比較費(fèi)時(shí)。

●合成致死篩選 指兩個(gè)基因同時(shí)發(fā)生突變會(huì)產(chǎn)生致死效應(yīng)，而當(dāng)每個(gè)基因單獨(dú)發(fā)生突變時(shí)則無致死效應(yīng)。用于分析兩個(gè)具有相同重要蛋白之間的相互作用。

4.雙雜交技術(shù) 原理基于真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)特殊性，這些轉(zhuǎn)錄因子通常需要兩個(gè)或以上相互獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域組成。分別使結(jié)合域和激活域同誘餌蛋白和獵物蛋白形成融合蛋白，在真核細(xì)胞中表達(dá)，如果兩種蛋白可以發(fā)生相互作用，則可使結(jié)合域和激活域在空間上充分接近，從而激活報(bào)告基因。缺點(diǎn)：自身有轉(zhuǎn)錄功能的蛋白會(huì)造成假陽性。融合蛋白會(huì)影響蛋白的真實(shí)結(jié)構(gòu)和功能。不利于核外蛋白研究，會(huì)導(dǎo)致假隱性。

5.熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù) 指兩個(gè)熒光法色基團(tuán)在足夠近（<100埃）時(shí)，它們之間可發(fā)生能量轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù)可以研究分子內(nèi)部對(duì)某些刺激發(fā)生的構(gòu)象變化，也能研究分子間的相互作用。它可以在活體中檢測，非常靈敏，分辯率高，能夠檢測大分子的構(gòu)象變化，能夠定性定量的檢測相互作用的強(qiáng)度。缺點(diǎn) 此項(xiàng)技術(shù)要求發(fā)色基團(tuán)的距離小于100埃。另外設(shè)備昂貴，還需要融合GFP給蛋白標(biāo)記。

此外還有交聯(lián)技術(shù)（cross－linKing），蛋白質(zhì)探針技術(shù)，噬菌體展示技術(shù)（Phage display）以及生物信息學(xué)的方法來檢測蛋白質(zhì)之間相互作用

Western雜交是將蛋白質(zhì)電泳、印跡、免疫測定融為一體的特異性蛋白質(zhì)的檢測方法。其原理是：生物中含有一定量的目的蛋白。先從生物細(xì)胞中提取總蛋白或目的蛋白，將蛋白質(zhì)樣品溶解于含有去污劑和還原劑的溶液中，經(jīng)SDS-PAGE電泳將蛋白質(zhì)按分子量大小分離，再把分離的各蛋白質(zhì)條帶原位轉(zhuǎn)移到固相膜（硝酸纖維素膜或尼龍膜）上，接著將膜浸泡在高濃度的蛋白質(zhì)溶液中溫育，以封閉其非特異性位點(diǎn)。然后加入特異抗性體（一抗），膜上的目的蛋白（抗原）與一抗結(jié)合后，再加入能與一抗專一性結(jié)合的帶標(biāo)記的二抗（通常一抗用兔來源的抗體時(shí)，二抗常用羊抗兔免疫球蛋白抗體），最后通過二抗上帶標(biāo)記化合物（一般為辣根過氧化物酶或堿性磷酸酶）的特異性反應(yīng)進(jìn)行檢測。根據(jù)檢測結(jié)果，從而可得知被檢生物（植物）細(xì)胞內(nèi)目的蛋白的表達(dá)與否、表達(dá)量及分子量等情況。

Western雜交方法靈敏度高，通?？蓮闹参锟偟鞍字袡z測出50ng的特異性的目的蛋白

第五篇：1蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能習(xí)題

第一章

一、名詞解釋

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

1、氨基酸的等電點(diǎn)

2、肽鍵

3、肽單位

4、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)

5、蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)

6、α-螺旋

7、β-折疊

8、超二級(jí)結(jié)構(gòu)（模體）

9、結(jié)構(gòu)域

10、蛋白質(zhì)變性

11、蛋白質(zhì)復(fù)性

12、蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)

13、蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)

14、別構(gòu)效應(yīng)

二、填空題

1． 組成蛋白質(zhì)的氨基酸分子結(jié)構(gòu)中含有羥基的有______________、______________、______________。2． 氨基酸在等電點(diǎn)（pI）時(shí)，以______________離子形式存在，在pH>pI時(shí)以______________離子形式存在，在pH

3． 組成蛋白質(zhì)的氨基酸中，含有咪唑環(huán)的氨基酸是______________，含硫的氨基酸有______________和______________。

4． 蛋白質(zhì)具有兩性電離性質(zhì)，大多數(shù)蛋白質(zhì)在酸性溶液中帶______________電荷，在堿性溶液中帶______________電荷。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)處在某一pH溶液中時(shí)，它所帶正負(fù)電荷數(shù)相等，此時(shí)的蛋白質(zhì)成為______________，該溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的______________。

5． 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的形式主要有______________、______________、______________和______________。6． 蛋白質(zhì)中的______________、______________和______________3種氨基酸具有______________特性，因而使蛋白質(zhì)在280nm處有最大吸收值。

7． α-螺旋結(jié)構(gòu)是由同一肽鏈的______________和______________間的______________鍵維持的，螺距為______________，每圈螺旋含______________個(gè)氨基酸殘基，每個(gè)氨基酸殘基沿軸上升高度為______________。天然蛋白質(zhì)分子中的α-螺旋大都屬于______________手螺旋。

8． 球狀蛋白質(zhì)中有______________側(cè)鏈的氨基酸殘基常位于分子表面而與水結(jié)合，而有______________側(cè)鏈的氨基酸殘基位于分子的內(nèi)部。

9． 維持蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵有______________和______________；維持二級(jí)結(jié)構(gòu)靠______________；維持三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)靠______________鍵，其中包括______________、______________、______________和______________。

+10． 谷氨酸的pK1(α-COOH)＝2.19，pK（＝9.67，pK（＝4.25，谷氨酸的等電點(diǎn)為______________。2α-NH3）RR）11． 一個(gè)α-螺旋片段含有180個(gè)氨基酸殘基，該片段中有______________圈螺旋，該α-螺旋片段的軸長為______________。

12． 可以按蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量、電荷及構(gòu)象分離蛋白質(zhì)的方法是______________。

13． 血紅蛋白（Hb）與氧結(jié)合的過程呈現(xiàn)______________效應(yīng)，是通過Hb的______________實(shí)現(xiàn)的。14． 組成蛋白質(zhì)的氨基酸中側(cè)鏈pK接近中性的氨基酸是______________。無游離（自由）氨基的氨基酸是______________。

15． 在蛋白質(zhì)分子中，一個(gè)氨基酸的α碳原子上的___________與另一個(gè)氨基酸α碳原子上的___________脫去一分子水形成的鍵叫___________，它是蛋白質(zhì)分子中的基本結(jié)構(gòu)鍵。

16． 絲氨酸側(cè)鏈特征基團(tuán)是____________；半胱氨酸的側(cè)鏈基團(tuán)是____________；組氨酸的側(cè)鏈基團(tuán)是____________。

17． 蛋白質(zhì)顆粒表面的____________和____________是蛋白質(zhì)親水膠體穩(wěn)定的兩個(gè)因素。18． 氨基酸的結(jié)構(gòu)通式為___________________。

19． 在生理pH條件下，蛋白質(zhì)分子中，____________和____________氨基酸殘基的側(cè)鏈幾乎完全帶負(fù)電，而____________和____________氨基酸殘基側(cè)鏈完全荷正電，而____________的側(cè)鏈則部分帶正電荷（假設(shè)該蛋白質(zhì)含有這些氨基酸組分）

20． 兩條相當(dāng)伸展的肽鏈(或同一條肽鏈的兩個(gè)伸展的片段)之間形成氫鍵的結(jié)構(gòu)單元稱為__________。21． 用電泳方法分離蛋白質(zhì)的原理是在一定的pH條件下，不同蛋白質(zhì)的____________、____________和____________不同，因而在電場中移動(dòng)的____________和____________不同，從而使蛋白質(zhì)得到分離。

三、1． 單項(xiàng)選擇題

在生理pH7的條件下，下列哪種氨基酸帶正電荷？（）A.丙氨酸 B.酪氨酸 C.賴氨酸 D.甲硫氨酸

2． 下列有關(guān)氨基酸的敘述，哪個(gè)是錯(cuò)誤的？（）A.酪氨酸和苯丙氨酸都含有苯環(huán) B.酪氨酸和絲氨酸都含羥基 C.亮氨酸和纈氨酸都是分支氨基酸 D.脯氨酸和酪氨酸都是非極性氨基酸

3． 蛋白質(zhì)分子在280nm處有吸收峰，它主要是由哪種氨基酸引起都？（）A.谷氨酸 B.色氨酸 C.苯丙氨酸 D.組氨酸

4． 天然蛋白質(zhì)中含有的氨基酸的結(jié)構(gòu)（）。A.全部是L-型 B.全部是D-型

C.部分是L-型，部分是D-型 D.除甘氨酸外都是L-型

5． 天然蛋白質(zhì)中不存在的氨基酸是（）。A.半胱氨酸 B.瓜氨酸 C.絲氨酸 D.甲硫氨酸

6． 蛋白質(zhì)都變性伴隨由結(jié)構(gòu)上的變化是（）。A.肽鏈的斷裂

B.氨基酸殘基的化學(xué)修飾 C.一些側(cè)鏈基團(tuán)的暴露 D.氨基酸排列順序的改變

7． 在寡聚蛋白質(zhì)中，亞基間的立體排布、相互作用以及接觸部位間的空間結(jié)構(gòu)稱之為（）。A.三級(jí)結(jié)構(gòu) B.締合現(xiàn)象 C.四級(jí)結(jié)構(gòu) D.別構(gòu)現(xiàn)象

8． 每分子血紅蛋白可結(jié)合氧的分子數(shù)是多少？（）A.1 B.2 C.3 D.4 9． 蛋白質(zhì)典型的α-螺旋為下列哪一種類型？（）A.2.610 B.310 C.3.613 D.4.416

10． 下列關(guān)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)敘述不正確的是（）。A.三級(jí)結(jié)構(gòu)具有空間構(gòu)象

B.各種蛋白質(zhì)均具有一、二、三和四級(jí)結(jié)構(gòu) C.無規(guī)卷曲是在一級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的 D.α-螺旋屬于二級(jí)結(jié)構(gòu)

11． 關(guān)于蛋白質(zhì)分子三級(jí)結(jié)構(gòu)的描述，其中錯(cuò)誤的是（）。A.天然蛋白質(zhì)分子均有這種結(jié)構(gòu)

B.具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈都具有生物學(xué)活性 C.三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性主要是次級(jí)鍵維系 D.親水基團(tuán)聚集在三級(jí)結(jié)構(gòu)的表面

12． 具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)特征是（）。A.分子中必定含有輔基 B.含有兩條或兩條以上的多肽鏈 C.每條多肽鏈都具有獨(dú)立的生物學(xué)活性 D.依賴共價(jià)鍵維系蛋白質(zhì)分子的穩(wěn)定

13． 下列關(guān)于肌紅蛋白的敘述，哪一個(gè)是錯(cuò)誤的？（）A.肌紅蛋白是由一條多肽鏈和一個(gè)血紅素輔基組成的 B.肌紅蛋白含有高比例的α-螺旋 C.血紅素位于兩個(gè)His殘基之間

D.大多數(shù)非極性側(cè)鏈位于分子表面，所以肌紅蛋白不溶于水

14． 血紅蛋白的氧結(jié)合曲線形狀是（）。A.雙曲線 B.拋物線 C.S形曲線 D.直線

15． 關(guān)于二級(jí)結(jié)構(gòu)敘述哪一項(xiàng)不正確（）。

A.右手α-螺旋比左手α-螺旋穩(wěn)定，因?yàn)樽笫枝?螺旋中L-構(gòu)型氨基酸殘基側(cè)鏈空間位阻大，不穩(wěn)定； B.一條多肽鏈或某多肽片斷能否形成α-螺旋，以及形成的螺旋是否穩(wěn)定與它的氨基酸組成和排列順序有極大關(guān)系；

C.多聚的異亮氨基酸R基空間位阻大，因而不能形成α-螺旋；

D.β-折疊在蛋白質(zhì)中反平行式較平行式穩(wěn)定，所以蛋白質(zhì)中只有反平行式。

16． 形成穩(wěn)定的肽鏈空間結(jié)構(gòu)，非常重要的一點(diǎn)是肽鍵中的四個(gè)原子以及和它相鄰的兩個(gè)α-碳原子處于（）。

A.不斷繞動(dòng)狀態(tài)

B.可以相對(duì)自由旋轉(zhuǎn)

C.同一平面

D.隨不同外界環(huán)境而變化的狀態(tài)

17． 血紅蛋白的氧合動(dòng)力學(xué)曲線呈S形，這是由于（）。A.氧可氧化Fe（Ⅱ），使之變?yōu)镕e（Ⅲ）

B.第一個(gè)亞基氧合后構(gòu)象變化，引起其余亞基氧合能力增強(qiáng)

C.這是變構(gòu)效應(yīng)的顯著特點(diǎn)，它有利于血紅蛋白質(zhì)執(zhí)行輸氧功能的發(fā)揮 D.亞基空間構(gòu)象靠次級(jí)鍵維持，而亞基之間靠次級(jí)鍵締合，構(gòu)象易變 18． 蛋白質(zhì)變性是由于（）。A.一級(jí)結(jié)構(gòu)改變

B.空間構(gòu)象破壞

C.輔基脫落

D.蛋白質(zhì)水解

19． 當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)處于等電點(diǎn)時(shí)，可使蛋白質(zhì)分子的（）。A.穩(wěn)定性增加

B.表面凈電荷不變

C.表面凈電荷增加

D.溶解度最小

20． 蛋白質(zhì)分子中-S-S-斷裂的方法是（）。A.加尿素

B.透析法

C.加過甲酸

D.加重金屬鹽

21． 關(guān)于蛋白質(zhì)分子三級(jí)結(jié)構(gòu)的描述，其中錯(cuò)誤的是（）。A.天然蛋白質(zhì)分子均有的這種結(jié)構(gòu) B.具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈都具有生物學(xué)活性 C.三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性主要是次級(jí)鍵維系 D.親水基團(tuán)聚集在三級(jí)結(jié)構(gòu)的表面 E.決定盤曲折疊的因素是氨基酸殘基

22． SDS凝膠電泳測定蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量是根據(jù)各種蛋白質(zhì)（）。A.在一定pH條件下所帶凈電荷的不同

B.分子大小不同

C.分子極性不同

D.溶解度不同

23． 蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的特點(diǎn)是（）。A.相同氨基酸組成的蛋白質(zhì)，功能一定相同。B.一級(jí)結(jié)構(gòu)相近的蛋白質(zhì)，其功能類似性越大。

C.一級(jí)結(jié)構(gòu)中任何氨基酸的改變，其生物活性即消失。不同生物來源的同種蛋白質(zhì)，其一級(jí)結(jié)構(gòu)相同

D.不同生物來源的同種蛋白質(zhì)，其一級(jí)結(jié)構(gòu)相同。

E、以上都不對(duì)。

24． “分子病”首先是蛋白質(zhì)什么基礎(chǔ)層次結(jié)構(gòu)的改變（）。A.一級(jí)

B.二級(jí)

C.超二級(jí)

D.三級(jí)

E.四級(jí)

25． 70%的酒精消毒是使細(xì)菌蛋白質(zhì)（）。A.變性

B.變構(gòu)

C.沉淀

D.電離 E.溶解

四、是非題

1.氨基酸與茚三酮反應(yīng)都產(chǎn)生藍(lán)紫色化合物。（）

2.因?yàn)轸然己蛠啺被g的部分雙鍵性質(zhì)，所以肽鍵不能自由旋轉(zhuǎn)。（）3.蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)，它的酸堿性質(zhì)主要取決于肽鏈上可解離的R基團(tuán)。（）4.維持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)最重要的作用力是氫鍵。（）5.蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)時(shí)，靜電荷為零，溶解度最小。（）

6.蛋白質(zhì)分子中個(gè)別氨基酸的取代未必會(huì)引起蛋白質(zhì)活性的改變。（）

7.鐮刀紅細(xì)胞貧血病是一種先天性遺傳病，其病因是由于血紅蛋白的代謝發(fā)生障礙。（）8.在蛋白質(zhì)和多肽中，只有一種連接氨基酸殘基的共價(jià)鍵，即肽鍵。（）

9.肌紅蛋白和血紅蛋白的亞基在一級(jí)結(jié)構(gòu)上具明顯的同源性，它們的構(gòu)象和功能也很相似，因此這兩種蛋白的氧結(jié)合曲線也是十分相似的。（）

10.蛋白質(zhì)的亞基（或稱亞單位）和肽鏈?zhǔn)峭x的。（）11.蛋白質(zhì)的α-螺旋結(jié)構(gòu)通過側(cè)鏈之間形成氫鍵而穩(wěn)定。（）12.構(gòu)成天然蛋白質(zhì)的氨基酸，其D－構(gòu)型和L－型普遍存在。（）

13.構(gòu)型的改變必須有舊的共價(jià)健的破壞和新的共價(jià)鍵的形成，而構(gòu)象的改變則不發(fā)生此變化。（）14.β-折疊是主肽鏈相當(dāng)伸展的結(jié)構(gòu)，因此它僅存在于某些纖維狀蛋白質(zhì)中。（）15.天然氨基酸都有一個(gè)不對(duì)稱α-碳原子。（）

16.蛋白質(zhì)的變性是其立體結(jié)構(gòu)的破壞，因此常涉及肽鍵的斷裂。（）17.雙縮脲反應(yīng)是肽和蛋白質(zhì)特有的反應(yīng)，所以二肽也有雙縮脲反應(yīng)。（）

18.同源蛋白質(zhì)中，保守性較強(qiáng)的氨基酸殘基在決定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)與功能方面起重要作用，因此致死性突變常常與它們的密碼子突變有關(guān)。（）

19.血紅蛋白與肌紅蛋白均為氧載體，前者是一個(gè)典型的別構(gòu)(或變構(gòu))蛋白，因而與氧結(jié)合過程中呈現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，而后者卻不是。（）

20.溶液的pH可以影響氨基酸的等電點(diǎn)。（）

21.具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，當(dāng)它的每個(gè)亞基單獨(dú)存在時(shí)仍能保持蛋白質(zhì)有的生物活性。（）22.肽鍵上所有原子和它兩端的Cα都位于同一剛性平面上。（）23.β轉(zhuǎn)角是由四個(gè)連續(xù)的氨基酸殘基構(gòu)成的。（）

五、問答題

1.蛋白質(zhì)有哪些重要功能？

2.簡述蛋白質(zhì)的α-螺旋和β-折疊的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)。

3.穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵有哪些？它們分別在哪一級(jí)結(jié)構(gòu)中起作用？

4.試比較Gly、Pro與其它常見氨基酸結(jié)構(gòu)的異同，它們對(duì)多肽鏈二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成有何影響？ 5.試述蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。（包括一級(jí)結(jié)構(gòu)、高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系）

6.動(dòng)物體內(nèi)血紅蛋白和肌紅蛋白如何協(xié)同完成氧的運(yùn)輸與儲(chǔ)存？以血紅蛋白和肌紅蛋白為例論述蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。

7.鐮刀形細(xì)胞貧血病的分子病理學(xué)機(jī)制是什么？以此為例論述蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。8.通過下面信息確定一個(gè)蛋白的亞基組成：

凝膠層析確定分子質(zhì)量：200kDa SDS－PAGE確定分子質(zhì)量：100kDa 加巰基乙醇的SDS－PAGE確定分子質(zhì)量：40kDa和60kDa。

9.胃液（pH＝1.5）的胃蛋白酶的等電點(diǎn)約為1，遠(yuǎn)比其它蛋白質(zhì)低。試問等電點(diǎn)如此低的胃蛋白酶必須存在有大量的什么樣的官能團(tuán)？什么樣的氨基酸才能提供這樣的基團(tuán)？

10.已知氨基酸平均分子量為120Da。有一種多肽的分子量是15120Da，如果此多肽完全以α－螺旋形式存在，試計(jì)算此α－螺旋的長度和圈數(shù)。