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蛋白质晶体培养一般规律
• 蛋白质结晶过程像其他小分子物质一样，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。
•
通常认为形成晶体的过程需要：
① 一定大小的晶核 过饱和溶液 ② 溶液达到过饱和 ③ 并保持一定的条件，使溶液中的分子失去自由运动的能量 (平移、旋转等)而结合到晶核上
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X-射线结构分析法（X-光衍射法）
• 工作原理：
• 由X-射线管产生的各种波长的X-射线，经过滤波器 （如镍片等）得到一定波长的单色X-射线； • 单色X-射线通过晶体，产生衍射线，用照相机记录下 来，得到衍射图； • 然后，通过对衍射斑点的位置与强度的测定与计算， 并参照化学分析的结果，就可确定晶体结构。
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NaCl 晶体 结构
X-ray发展历史
• 1895年，伦琴(Rontgen)发现了X-ray; • 1913年布拉格父子用X射线衍射法对氯化钠、氯化钾晶体进行了 测定，指出晶体衍射图可以确定晶体内部的原子（或分子）间的 距离和排列。因此获诺贝尔奖。 • 1951年，加利福尼亚理工学院的泡令和科里提出，α-构型的多肽 链呈螺旋形，通过X射线确定，组成蛋白质的都是L-型氨基酸。 • 1953年克里克、沃森在X射线衍射资料的基础上，提出了DNA三 维结构的模型。获1962年生理或医学诺贝尔奖。 • 1959年佩鲁茨和肯德鲁对血红蛋白和肌血蛋白进行结构分析，解 决了三维空间结构,获1962年诺贝尔化学奖. X射线衍射技术在蛋白质结构研究方面起到了推动作用
衍射线方向：确定晶胞的大小和形状； 衍射线强度：确定晶胞中的原子排列。
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测定步骤
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 培养大的、质量好的晶体 进行初步的x射线衍射分析； 重原子衍生物的制备； 衍射数据的测量和处理； 相位的计算； 电子密度图的计算和解释； 分子模型的修正。
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晶体结构的基本知识
1.
Байду номын сангаас
2. 3. 4.
日常所见的许多晶体，如：氯化钠（离子晶体）、金刚石（原 子晶体）等，外形都是非常有规则的。无论是那一类晶体，组 成晶体的微粒在空间的三个方向上，都是周期性排列的。 晶体的空间结构是由一组相互平行的、情况相同的平面点阵所 组成。每一个点阵所构成的单元叫晶胞。 知道了晶体的晶胞就等于知道了整个晶体的空间结构。 X-射线结构分析的主要根据是衍射线的方向和强度，即衍射图 上斑点的位置与黑度。
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晶体的衍射
• X射线晶体结构分析是利用晶体的X射线衍射现象来 测定晶体及分子的结构。 • 通常X射线衍射可简单理解为当一束平行的X射线投 射到晶体上时，大部分入射线穿过晶体沿原方向前进， 而部分射线却偏离了入射方向。
衍射线
X射线源
入射线
晶体
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Protein Structure By X-RayCrystallography
Obtain Crystals ;Expose Crystals to X-rays ;Measure intensity of Diffraction; Compute Electron density at every position in the crystal (x,y,z) ;Place poly-peptide chain into electron density.
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获得好的晶体是 结构分析中最关键的一步
• 欲获得晶体，蛋白质分子的纯度和均一性(如， 手性的一致性等)是能否获得完好结晶的关键 之一。 • 重组DNA技术在这方面是一个很重要的突破。 由高效表达克隆基因获得的蛋白质能够快速获 得纯化，并且只需很少的纯化步骤就能得到均 一的样品。 • 一般来说，一个蛋白质样品要想使其能结晶， 至少需要97%的均一性。
X射线晶体衍射技术
在蛋白质晶体结构测定中的应用
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Definition of X-ray Diffraction
• X射线晶体结构分析是使用X射线作为物理 工具，以晶体作为研究对象，晶体结构作 为研究结果的一种方法。
• 包含两个方面的内容：X射线和晶体。
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Introduction of X-ray Diffraction
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基本原理
• 根据晶体中原子重复出现的周期性结构。当X-射线穿过晶体的原 子平面层时，只要原子层的距离d与入射角的X-射线波长λ、入射 角θ之间的关系能满足布拉格(Bragg)方程式：
2d sinθ=nλ( n =±1,±2,±3,…)
则反射波可以互相叠加而产生衍射，形成复杂的衍射图谱。不同 物质的晶体形成各自独特的 X- 射线衍射图。根据记录下来的衍射 图谱，经过复杂的数学处理，可推知晶体中原子的分布和分子的 空间结构。 平行光束 原子层 d d
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X射线晶体结构测定原理
• 晶体的衍射花样与晶体内部的结构有一定的关系， 即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和重复周期大小有 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。 因此
① 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 ② 通过测量衍射点的强度，应用一系列数学方法，借助电子计算 机可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。
• X-射线衍射法是测定蛋白质晶体结构的极其重要方法。 • 通过X-射线衍射法（X-ray diffraction method）可间接 地研究蛋白质晶体的空间结构。对晶体结构的研究将帮 助人们从原子的水平上了解物质。 • 虽然，生物大分子X射线晶体学是揭示分子结构与功能 的科学。但目前还没有一种工具能够用它直接观察到蛋 白质内部的原子和基团的排列。
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PROTEUM系统适用于生物大分子结构测定
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