金长文——北京大学——结构生物学，生物大分子动力学的核磁共振研究，核磁共振方法学

作者：杨超月

导师姓名：金长文　　导师类别：博士生导师 　

姓名：金长文性别：男出生年月：

所在院校：北京大学所在院系：化学与分子工程学院

职称：教授招生专业：物理化学（含：化学物理）

研究领域：结构生物学，生物大分子动力学的核磁共振研究，核磁共振方法学

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教育部“长江学者奖励计划”特聘教授北京核磁共振中心首席科学家北京大学化学与分子工程学院物理化学专业博士生导师北京大学生命科学学院生物化学与分子生物学专业博士生导师　　生命活动主要是通过蛋白质与蛋白质，蛋白质与核酸，以及蛋白质与配基小分子之间的相互作用而完成的。要深入了解生命活动现象，掌握生命活动的本质，就必须要在蛋白质三维结构水平上，即在分子、原子水平上了解这些相互作用的分子机理，即蛋白质发挥生理功能的分子机理。到目前为止，通过X－射线晶体学技术和核磁共振技术已经解析了很多生物大分子尤其是蛋白质的三维空间结构，使我们对于结构和生物功能的关系有了很深入的了解。
　　在研究生物大分子的三维空间结构方面，X－射线晶体学技术由于其发展较早，加之不受分子量大小的限制，一直占主导地位。但X－射线晶体学技术也有其本身无法克服的缺点，主要是一些很重要的生物大分子无法结晶；另外，其结晶条件经常和生物大分子的生理条件相差较远。
　　在研究生物大分子的三维空间结构方面，核磁共振技术具有其独特的特点。由于可以在比较接近生物大分子生理环境的溶液条件下对其进行研究，因而得到的结果更具有说服力。随着谱仪技术和探测技术的发展，核磁共振技术所解析的蛋白质三维空间结构的数量在呈指数的增长，同时所能研究的分子量上限在成倍地增加。另一方面，蛋白质在生物体内不是孤立存在的，蛋白－蛋白以及蛋白和其他分子的相互作用在生物学过程中发挥重要作用。而实际上在生物体内，许多的蛋白－蛋白以及蛋白与其他分子之间的相互作用是微弱的，或者是瞬时的。这一类相互作用用通常的实验方法方法很难加以观察和研究，而核磁共振技术则能够胜任这一重要角色。
　　但是,由这两种技术方法所确定的蛋白质晶体结构以及溶液结构是一类静态结构。蛋白质的静态的三维结构本身常常不能完全解释其发挥生理功能的分子机理，也就不能对蛋白质工程和药物设计起到指导作用。事实上, 蛋白质分子的功能强烈地依赖于其结构由未发挥功能时的状态向发挥生理功能时的状态的转化过程, 亦即与蛋白质的动态结构特性密切相关。比如，酶的活性中心很可能比整个分子具有更高的柔性，而这一点对酶的活性功能是必需的。因此，蛋白质的生物功能不是简单地由其静态三维结构决定的, 而蛋白质三维结构随时间的变化即其动态结构是非常重要的决定因素。
　　运用核磁共振技术研究蛋白质的动态结构，也就需要对蛋白质的动力学进行研究。蛋白质动力学是研究蛋白质静态结构和动态结构关系的桥梁, 能够给出结构随时间变化的特征,即能够将蛋白质分子的微观内运动同生物功能联系起来，可以在原子、分子水平上理解蛋白质分子的生物功能，揭示产生这种功能的分子机制。在研究蛋白质的动力学方面，核磁共振技术具有其他分析技术所无法比拟的优越性。核磁共振是目前唯一的可以同时研究蛋白质内部许多位点运动特征的手段。应用核磁共振技术研究蛋白质分子的动力学行为，可以得到蛋白质分子运动的时间尺度，化学交换，相互作用方式，直至蛋白质的折叠过程等方面的非常重要的信息。用核磁共振技术研究蛋白质－蛋白质，蛋白质－核酸，及蛋白质－配基小分子之间的相互作用动力学，可以为蛋白质工程及药物设计和药物筛选从作用机理上提供指导；也可以为结构基因组学研究中，在蛋白质三维结构基础上预测其功能提供信息。

著作及论文

Structural and dynamics studies of an Ubiquitin likes protein, UBL1 Jin, C. , Shiyanova, T. Shen, Z., and Liao, X. 2001 Int.J.Biol.Macromol. 28, 227-234. Backbone dynamics of a winged helix protein and its DNA complex at different temperatures: Changes of internal motions in Genesis upon binding to DNA Jin, C., and Liao, X. 1999 J.Mol.Biol.292, 641-651 Dynamic DNA contacts observed in the NMR structure of winged helix protein -DNA complex Jin, C. ,Marsden, I. Chen, X., and Liao, X., 1999 J. Mol. Biol. (Communication), 289, 683-690. The binding interface between an E2 (UBC9) and a Ubiquitin homologue (UBL1) Liu Q., Jin, C., Liao, X., Shen, Z., Chen, DJ., Chen, Y. 1999 J. Biol. Chem., 274(24),16979-16987 Sequence specific collective motions in a winged helix DNA binding domain detected by 15N relaxation NMR Jin, C., Marsden, I., Chen J. and Liao, X., 1998 Biochemistry, 37(17), 6179- 6187.