晶体结构的分辨率
2dmin Sin max =
衍射分辨率
dmin = /2 理论极限
分辨率描述结构的精细程度
分辨率和hkl指数大小相关
-螺旋
6Å
5Å 4Å
3Å 2Å
-折叠片Βιβλιοθήκη 6Å5Å4Å
3Å 2Å
3Å 1.6 Å
不同分辨率电子密度图 提供的结构信息
低分辨率 5 ~ 6 Å
分子形状、大小、非晶体学对称性
Model_stats.inp 统计结果
sa_omit_map.inp sa_omit 电子密度图 (后期用于检查可疑片段)
water_pick.inp 帮助寻找水分子
• 如果存在非晶体学对称性(NCS),精修过程应用NVS restraint,后期可放开 • protein.top, protein_rep.param, water.top, water_rep.param: CNS库文件
|Fo|-|Fc| SA-omit map 模型中略去可疑片段后进行模拟退火SA修正 显示该片段的客观的电子密度
(用于精修后期纠正可疑片段, 通常等高线±3.0 )
手工模型重建是必要的
利用分子图形软件进行：如 COOT 纠正主链走向的局部错误,纠正侧链错误,加入溶剂分子,其他小分子和离子
重建前 Trp222侧链
R= ∑||Fo|-|Fc|| / ∑|Fo|
hkl
hkl
观测值 计算值
代表结构的精确程度
正确的初始模型：R≤0.4 - 0.5 修正后的模型：R ≤ 0.30 ~分辨率
Rfree 交叉验证
衍射数据分为2组： 从可观测衍射数据中随机选取的约5% T 其余衍射数据A
工作数据 （A）用于结构修正 检验数据 （T）用于交叉验证, 不参与结构修正
电子密度图的解释 和结构修正
电子密度函数


(xyz)
=（1/v）∑∑∑
hkl
Fhkl
exp[-2i
(hx+ky+lz)]
Fhkl = | Fhkl | exp (i hkl )
Fourier 加和,采用用快速Fourier变换技术 通常在三维晶胞中按 dmin/3 的格点进行计算
分析电子密度图 → 二级、三级、四级结构 结构模型，原子坐标(不包括H原子)
generate_easy.inp 产生mtf文件
rigid.inp
刚体修正(分子置换法需要)
anneal.inp
坐标修正
bindividual.inp 温度因子修正 新坐标
Model_map.inp (u=2, v=1) 2fo-fc电子密度图
Model_map.inp (u=1,v=1) fo-fc电子密度图
• 键长
与理想值的均方根偏差 rmsd<0.010 Å
• 键角
rmsd<1.8
• 手性中心（如C）原子的手性 氨基酸L构型
• 非成键原子间的接触 距离 （如氢键、盐桥）
在减小 R 因子的同时，应保持立体化学参数接近 理想值
多肽链构象角
Ramachandran plot ～
CNS流程
初始坐标
中分辨率 2.5 ~ 3.5 Å
跟踪肽链、二级结构、侧链取向
高分辨率 1.5 ~ 2.0Å
侧链的精细结构、活性中心精细结构、辅基、 有序溶剂分子、其他小分子和离子
结构修正
• 晶体结构修正的目的和任务 • 结构可靠性的判据 • 修正方法
结构模型误差的来源
• 生物大分子结晶不完善，导致： 衍射强度低，误差大 衍射数据分辨率有限
R= ∑||Fo(h)|-k|Fc(h)|| / ∑|Fo(h)|
h∈A
Rfree= ∑||Fo(h)|-k|Fc(h)|| / ∑|Fo(h)|
h∈T
(hklh)
Rfree比R 更可靠和客观 同时监测R和Rfree
(Rfree> R,通常差值<0.05)
Rfree约保存在分辨率+0.2
立体化学参数
j
F(hkl)= |F(hkl)| exp [i (hkl)]
结构参数 (H除外) ：坐标 xj yj z j 占有率 qj 热参数 B j （各向同性）
结构可靠性判据
• R 因子和 Rfree • 立体化学参数与理想值的偏差 • 多肽链构象角的合理性（Ramachandran
plot）
R 因子
topology *.top
Parameter
*.par
generate
蛋白质结构文件（mtf）
衍射数据 make_cv
工作数据 A和检验数据T
slow cooling SA
位置修正
B refinement
修正后新坐标
map
热参数修正
手工模型重建
第二轮
后期 加水
CNS精修基本的基本步骤
make_cv.inp 第一轮修正前衍射数据的准备
(xyz)=(1/V)∑ |Fhkl| exp (ihkl) [-i2 (hx+ky+lz)]
hkl
模型
2|Fo|-|Fc| map |Fo|-|Fc| map
应与模型一致(用于修正全过程,通常等高线1.0 ) 正值表示模型该处缺少原子 负值表示模型该处有多余原子
(通常用于精修的中后期,通常等高线±3.0 )
重建并再修正后
糖
Trp222
蛋白质晶体结构测定的方法步骤
• 单晶生长
单晶
• 初步晶体学研究
空间群，晶胞参数
分子数，分辨率
• X-射线衍射数据采集 H K L I I |F|
• 解决相角问题

• 电子密度图的解释和初始结构模型的建立
(xyz) 初始模型
• 结构精修
精确结构
(原子 xj yj zj qj Bj)
• 分析结构特点功能、机理
复合物中的小分子的 topopoly 和parameter文件的查询或建立可求助网站:
http://alpha2.bmc.uu.se/hicup • 应按分子图形软件的要求,对电子密度图文件进行必要的格式转换
手工模型重建使用的各种电子密度图
常用的电子密度图: (2Fo-Fc) map, (Fo-Fc) map, SA-omit map
• 相角推算过程引入的误差 • 电子密度的解释和模型构建过程引入的人
为的误差
晶体学修正的目的
调整结构参数改进结构模型与衍射数据之间的吻合程度 同时保持结构模型的立体化学合理性
F(hkl)=K ∑ qj fj exp[2 i (hxj+kyj+lzj) - B j (Sin / )2]