要进行X射线晶体结构分析，首先要 得到具有一定大小和形状的单晶。一般来 说，相对分子质量为5万左右的蛋白质分子， 需要0.3 mm3甚至更大的晶体，才能做高分 辨率的结构分析。
生物大分子的结晶过程与小分子一样， 是一个有序化过程，即在溶液中处于随机状 态的分子转变成有规则排列状态的固体。 生物大分子的结晶比一般小分子化合物 的结晶要困难的多，这是因为大分子的相对 分子质量很高，几何形状复杂，同时结晶时 必须保持在水合状态，或者在生理条件下。
Байду номын сангаас
因此，可以通过分析衍射点的排列方 式和测量点间距离的大小来推算分子在晶 体结构中的排列方式和重复周期的大小， 以及通过测量衍射点的强度来测定分子内 每个原子在空间的坐标，从而测定整个分 子的结构和晶体结构。
蚯蚓血红蛋白 的模拟配合物
Cu
生物大分子X射线晶体结构的测定工 作可以分为几个主要步骤： ①培养大的、质量好的晶体，进行初步 的X射线衍射分析； ②衍射数据的收集和整理； ③相位的计算； ④电子密度图的计算和解释以及分子 模型的修正。
我国的生物大分子晶体学研究几乎同 时起步，并于20世纪70年代初测定了猪胰 岛素的空间结构。 当今仪器设计和软件技术的发展日趋 完善，X射线衍射方法 射线衍射方法成为蛋白质、核酸 射线衍射方法 等生物分子空间结构测定中最为重要 最为重要的方 最为重要 法。
X射线晶体结构测定的精确度取决于 数据的质量和分辨率。低分辨率条件下， 通常只能分辨出整个分子的形态。在高分 辨率条件下，可以完全分辨出原子的精确 位置。
简单配合物
螯合物 螯合效应
二、配合物的几何构型
配合物的几何构型与配合物的配位数 有关，配位数不同，配合物的几何构型也 不同。 在生物无机化学中，金属主要采取配 位数为3～6的几何构型。
配位数与配合物空间构型的关系 配位数 2 3 4 5 6 7 空间构型 直线 平面三角形 四面体、平面正方形 三角双锥、四方锥 八面体 五角双锥
第一节 配位化学基础
生物体系中的金属离子主要以配合物 形式存在，因此配位化学知识是生物无机 化学研究的基础。配合物的组成、类型、 结构、性质以及配位场理论等内容不可或 缺。
一、配合物的组成和分类：
配合物 内界 中心原子(离子 中心原子 离子) 离子 配体 外界
中心离子 单齿配体 配体 多齿配体 配位原子 配位数 配离子的电荷
1895年，伦琴发现X射线(X-ray) 20世纪初，德国科学家劳埃开始对晶体进行 研究，提出劳埃方程 1912年，布拉格提出布拉格方程，测定 NaCl和KCl晶体结构
X射线衍射方法用于研究生物大分子 的结构开始于20世纪60年代。1957年，M. Perutz研究组确定了第一个肌红蛋白的三维 晶体结构，因此获得了1962年的诺贝尔化 学奖。
生物无机化学研究中的重要仪器方法包括： （1）X射线单晶衍射法（2）X射线吸收光谱 （3）核磁共振谱 （4）质谱
（5）电子顺磁共振光谱（6）圆二色性谱 （7）紫外－可见光谱 （8）红外光谱（9）拉曼光谱 (10) 磁性 （11）电化学分析方法（12）毛细管电泳技术
第一节 配位化学基础 第二节 X射线单晶衍射法
第三章 生物无机化学中的 物理化学方法
物理化学方法在生物无机化学中具有 举足轻重的作用，它们所提供的一系列重 要线索为生物无机化学家绘制一幅完整的 生物体系中金属离子的图画奠定了基础。 所有的生物无机化学工作者都需要了解如 何运用物理化学方法对各种金属－生物体 系进行分析。
分子的各种运动具有不同的能级，从 基态吸收特定能量的电磁波跃迁到高能级， 可以得到对应的波谱。通过对所得到的谱 图进行分析，即可得到分子的结构、组成 等有关信息。
配位数3
配位数4
配位数5
配位数6
三、配位理论
价键理论
配位理论
晶体场理论
第二节 X射线单晶衍射法
固态是物质的一种聚集态形式，一般可 以分为晶态与非晶态两种状态。非晶态物质 的分子或原子排列没有明显的规律。而晶态 物质中，原子或分子的排列有明显的规律性。 晶体(crystal)是一种原子有规律地重复排列 的固体物质。
蛋白质晶体数据库（PDB）是目前国 际上收录生物大分子结构最全、最权威的 数据库，对全世界免费开放，该库所收录 的生物大分子结构数据绝大部分都是由X 射线单晶衍射方法测定的。 网址：
部分可提供晶体学数据的金属蛋白
本章小结：
通过对各种物理化学方法的原理和应 用的简单了解，能理解各种物理化学方法 在生物分子结构测定和表征方面所提供的 有用信息，理解金属离子在生物体中的存 在方式、结构及生物功能的体现。
在晶体结构分析中应用的X射线是波长 在0.1 nm左右的电磁波。由于这一波长与晶 体内原子间的距离具有同一数量级，且晶 体结构内分子排列的规则性，当X射线入射 到晶体上时，晶体中的每一个原子都发射 出次生的X射线，并相互干涉，形成衍射花 样。
衍射花样内衍射点的排列方式、点间距 离的大小与晶体内生物大分子的排列方式 与重复周期大小有关，而衍射点的强度分 布与生物大分子结构本身的特点有关。