X射線(xiàn)晶體衍射技術(shù)課件

X射線(xiàn)晶體衍射技術(shù)在蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定中的應(yīng)用X射線(xiàn)晶體衍射技術(shù)在蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定中的應(yīng)用1X-射線(xiàn)衍射法是測(cè)定蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)的極其重要方法。揭示分子結(jié)構(gòu)與功能的科學(xué)。目前還沒(méi)有一種工具能夠用它直接觀察到蛋白質(zhì)內(nèi)部的原子和基團(tuán)的排列。雖然電子顯微鏡接近于看到大分子的輪廓。但是仍然僅限于揭露分子的大小、形狀、對(duì)稱(chēng)性和聚集狀態(tài)等。通過(guò)X-射線(xiàn)衍射法（X-raydiffractionmethod）可間接地研究蛋白質(zhì)晶體的空間結(jié)構(gòu)。X-射線(xiàn)衍射法是測(cè)定蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)的極其重要方法。揭示分子結(jié)2發(fā)展歷史1895年，倫琴(Rontgen)發(fā)現(xiàn)了X-ray;1913年布拉格父子用X射線(xiàn)衍射法對(duì)氯化鈉、氯化鉀晶體進(jìn)行了測(cè)定，指出晶體衍射圖可以確定晶體內(nèi)部的原子（或分子）間的距離和排列。因此獲諾貝爾獎(jiǎng)。1951年，加利福尼亞理工學(xué)院的泡令和科里提出，α-構(gòu)型的多肽鏈呈螺旋形，通過(guò)X射線(xiàn)確定，組成蛋白質(zhì)的都是L-型氨基酸。1953年克里克、沃森在X射線(xiàn)衍射資料的基礎(chǔ)上，提出了DNA三維結(jié)構(gòu)的模型。獲1962年生理或醫(yī)學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)。1959年佩魯茨和肯德魯對(duì)血紅蛋白和肌血蛋白進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，解決了三維空間結(jié)構(gòu),獲1962年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng).1959年有機(jī)化學(xué)家豪普特曼和卡爾勒建立了測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)的純數(shù)學(xué)理論，特別在研究生物大分子如激素、抗生素、蛋白質(zhì)及新型藥物分子結(jié)構(gòu)方面起到了重要作用。因此獲1985年化學(xué)獎(jiǎng)。

X射線(xiàn)衍射技術(shù)在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究方面起到了推動(dòng)作用發(fā)展歷史1895年，倫琴(Rontgen)發(fā)現(xiàn)了X-ray;3X-射線(xiàn)結(jié)構(gòu)分析基本原理X-射線(xiàn)是波長(zhǎng)很短的電磁波，約0.1--100?。結(jié)構(gòu)分析用的是單色X-射線(xiàn)，其波長(zhǎng)在1?數(shù)量級(jí)，相當(dāng)于分子中原子之間的距離。用于結(jié)構(gòu)分析用的儀器是X-射線(xiàn)儀。由X-射線(xiàn)管、濾波器、高壓系統(tǒng)（30-50KV)、真空系統(tǒng)(10-4-10-5mmHg柱）和照相機(jī)組成。工作原理：由X-射線(xiàn)管產(chǎn)生的各種波長(zhǎng)的X-射線(xiàn)，經(jīng)過(guò)濾波器（如鎳片等）得到一定波長(zhǎng)的單色X-射線(xiàn)。單色X-射線(xiàn)通過(guò)晶體，產(chǎn)生衍射線(xiàn)，用照相機(jī)記錄下來(lái)，得到衍射圖，然后，通過(guò)對(duì)衍射斑點(diǎn)的位置與強(qiáng)度的測(cè)定與計(jì)算，并參照化學(xué)分析的結(jié)果，就可確定晶體結(jié)構(gòu)。。X-射線(xiàn)結(jié)構(gòu)分析基本原理X-射線(xiàn)是波長(zhǎng)很短的電磁波，約0.14用X-射線(xiàn)衍射法測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)是根據(jù)晶體中原子重復(fù)出現(xiàn)的周期性結(jié)構(gòu)。當(dāng)X-射線(xiàn)穿過(guò)晶體的原子平面層時(shí)，只要原子層的距離d與入射角的X-射線(xiàn)波長(zhǎng)λ、入射角θ之間的關(guān)系能滿(mǎn)足布拉格方程式。則反射波可以互相疊加而產(chǎn)生衍射，形成復(fù)雜的衍射圖譜。不同物質(zhì)的晶體形成各自獨(dú)特的X-射線(xiàn)衍射圖。根據(jù)記錄下來(lái)的衍射圖譜，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)處理，可推知晶體中原子的分布和分子的空間結(jié)構(gòu)。dd平行光束原子層θ用X-射線(xiàn)衍射法測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)是根據(jù)晶體中原子重復(fù)出現(xiàn)的周期性5晶體的衍射X射線(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)分析是利用晶體的X射線(xiàn)衍射現(xiàn)象來(lái)測(cè)定晶體及分子的結(jié)構(gòu)。而X射線(xiàn)衍射可簡(jiǎn)單理解為當(dāng)一束平行的X射線(xiàn)投射到晶體上時(shí)，大部分入射線(xiàn)穿過(guò)晶體沿原方向前進(jìn)，而部分射線(xiàn)卻偏離了入射方向。X射線(xiàn)源入射線(xiàn)晶體衍射線(xiàn)晶體的衍射X射線(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)分析是利用晶體的X射線(xiàn)衍射現(xiàn)象來(lái)測(cè)定6晶體結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)日常所見(jiàn)晶體，如：氯化鈉（離子晶體）、金剛石（原子晶體）等，外形都是非常有規(guī)則的。無(wú)論是那一類(lèi)晶體，組成晶體的微粒在空間的三個(gè)方向上，都是周期性排列的。晶體的空間結(jié)構(gòu)是由一組為數(shù)無(wú)限的、相互平行的、情況相同的平面點(diǎn)陣所組成。每一個(gè)點(diǎn)陣所構(gòu)成的單元叫晶胞。知道了晶體的晶胞就等于知道了整個(gè)晶體的空間結(jié)構(gòu)。X-射線(xiàn)結(jié)構(gòu)分析的主要根據(jù)是衍射線(xiàn)的方向和強(qiáng)度，即衍射圖上斑點(diǎn)的位置與黑度。衍射線(xiàn)方向：確定晶胞的大小和形狀；衍射線(xiàn)強(qiáng)度：確定晶胞中的原子排列。晶體結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)日常所見(jiàn)晶體，如：氯化鈉（離子晶體）、金剛7三、蛋白質(zhì)X射線(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定程序樣品處理：培養(yǎng)大的、質(zhì)量好的晶體；蛋白質(zhì)結(jié)晶和晶體生長(zhǎng)晶體衍射數(shù)據(jù)的測(cè)量和處理；位相確定；分子模型的建立和修正三、蛋白質(zhì)X射線(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定程序樣品處理：培養(yǎng)大的、質(zhì)量好的8獲得好的晶體是

結(jié)構(gòu)分析中最關(guān)鍵的一步由于球狀蛋白分子量大，且表面基團(tuán)的構(gòu)象較不穩(wěn)定，欲獲得排列有序的晶體比較難。所形成的晶體在分子之間形成許多大的孔或通道。這些通道常常由溶劑分子所占有，絕大部分在晶體中是無(wú)序的。晶體的蛋白質(zhì)分子之間僅少量的區(qū)域發(fā)生接觸，這些區(qū)域的相互作用是較弱的相互作用，通常是通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)溶劑分子層發(fā)生作用。這是為什么由X射線(xiàn)晶體學(xué)測(cè)定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與在溶液中測(cè)定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)幾乎相同的主要原因。欲獲得晶體，蛋白質(zhì)分子的純度和均一性是能否獲得完好結(jié)晶的關(guān)鍵之一。重組DNA技術(shù)在這方面是一個(gè)很重要的突破。一個(gè)蛋白質(zhì)樣品要想使其能結(jié)晶，至少需要97%的均一性。獲得好的晶體是

結(jié)構(gòu)分析中最關(guān)鍵的一步由于球狀蛋白分子量大，9生物大分子的晶體培養(yǎng)要求

要進(jìn)行x射線(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)分析，首先要得到適合于結(jié)構(gòu)分析的晶體。這里所謂“適合于”包括兩層意思：晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)要具有有序性．是單晶，不是孿晶，否則無(wú)法得到具有結(jié)構(gòu)本身特點(diǎn)的衍射花樣；晶體要有一定的大小和形狀。因?yàn)榫w衍射線(xiàn)的強(qiáng)度大體上正比于晶體的體積，而反比于分子量的大小。一般講分子量為50000左右的蛋白質(zhì)分子，需要0.3mm3或者更大的晶體，才有可能作高分辨率的結(jié)構(gòu)分析。對(duì)于分子量更大的蛋白質(zhì)分子，那就需要更大的晶體。為了滿(mǎn)足上述要求，首先要使生物大分子結(jié)晶，然后設(shè)法長(zhǎng)大。蛋白質(zhì)結(jié)晶過(guò)程是一個(gè)有序化過(guò)程生物大分子的晶體培養(yǎng)要求要進(jìn)行x射線(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)分析，首10蛋白質(zhì)晶體培養(yǎng)一般規(guī)律蛋白質(zhì)結(jié)晶過(guò)程像其他小分子物質(zhì)一樣，是一個(gè)有序化過(guò)程，即在溶液中處于隨機(jī)狀態(tài)的分子轉(zhuǎn)變成有規(guī)則排列狀態(tài)的固體。一般認(rèn)為要使這種有序化過(guò)程開(kāi)始必須要形成一定大小的晶核，并使分子不斷地結(jié)合到形成的晶核上。而一個(gè)蛋白質(zhì)溶液能開(kāi)始形成晶核，就必須使溶液達(dá)到過(guò)飽和，并保持一定的條件，使溶液中的分子失去自由運(yùn)動(dòng)的能量(平移、旋轉(zhuǎn)等)而結(jié)合到晶核上，形成新的穩(wěn)定的化學(xué)鍵(次級(jí)鍵)，使整個(gè)體系能量降低而形成晶體。過(guò)飽和溶液蛋白質(zhì)晶體培養(yǎng)一般規(guī)律蛋白質(zhì)結(jié)晶過(guò)程像其他小分子物質(zhì)一樣，是11蛋白質(zhì)結(jié)晶要點(diǎn)蛋白質(zhì)的分子量很高，幾何形狀較復(fù)雜，表面帶多種電荷；分子間相互作用或相互結(jié)合的點(diǎn)很多，而可能形成有序排列的關(guān)鍵結(jié)合點(diǎn)和幾何匹配位置又很少；在外界條件(如PH、溫度、不同溶劑等)的影響下，分子構(gòu)象容易產(chǎn)生某些變化；在蛋白質(zhì)結(jié)晶時(shí)．必須保持在水合狀態(tài)，或者在生理pH和溫度條件下。要使生物大分子結(jié)晶和生長(zhǎng)出大的晶體．最關(guān)鍵的是控制過(guò)飽和度的量和速度．過(guò)飽和度要低，而速度要盡可能地慢。蛋白質(zhì)結(jié)晶要點(diǎn)蛋白質(zhì)的分子量很高，幾何形狀較復(fù)雜，表面帶多種12蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)--懸滴法該法適用于微量的篩選結(jié)晶條件。每個(gè)蛋白質(zhì)溶液的樣品只需5u1或者10ul，平衡液只需lml。每次實(shí)驗(yàn)可根據(jù)需要設(shè)計(jì)，如可先配制一系列不同濃度的沉淀劑溶液，作為平衡液，然后轉(zhuǎn)移到各個(gè)封閉小室內(nèi)，與含有低于平衡液50％的沉淀劑的蛋白質(zhì)懸滴液擴(kuò)散平衡。最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果篩選出一種沉淀劑濃度作為最佳結(jié)晶條件。具體實(shí)驗(yàn)可采用16孔的塑料組織培養(yǎng)盒進(jìn)行、每個(gè)孔內(nèi)加入一定量的平衡液：每一個(gè)蛋白質(zhì)母液懸滴加在預(yù)先硅化好的蓋玻片上，然后把蓋玻片倒蓋在小池上。為防止蒸發(fā)擴(kuò)散時(shí)漏汽，必須在蓋玻片與池邊緣間加少量凡士林密封。蓋片懸滴平衡液蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)--懸滴法該法適用于微量的篩選結(jié)晶條件。蓋片13HangingDropletMethodforProteinCrystallization

HangingDropletMethodforPro14蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)--坐滴法坐滴法原理與懸滴法相同，不同之處僅為液滴體積增大，如50ul或更大。這種方法較易生長(zhǎng)出大的晶體，重復(fù)性較好，但是蛋白質(zhì)用量較大，適合于巳大體知道結(jié)晶條件，或者有足夠量的樣品可供使用。其缺點(diǎn)是晶體有時(shí)貼在容器底部而不易取出．導(dǎo)致?lián)p壞晶體。蓋片蛋白質(zhì)溶液平衡液蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)--坐滴法坐滴法原理與懸滴法相同，不同之處僅為15蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)--平衡透析

微量擴(kuò)散小室法利用半透膜允許小分子透過(guò)而不允許大分子透過(guò)的性質(zhì)，來(lái)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)溶液的離子強(qiáng)度或pH值，使蛋白質(zhì)溶液慢慢地接近過(guò)飽和度。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：通過(guò)有控制的擴(kuò)散，改變結(jié)晶的條件，從而慢慢地到達(dá)晶核形成點(diǎn)。晶體的生長(zhǎng)亦可不斷地調(diào)整、已經(jīng)產(chǎn)生的沉淀或者微晶可通過(guò)外部條件的改變重新溶解。這種方法可以在低離子強(qiáng)度條件下應(yīng)用傳統(tǒng)的鹽析方法結(jié)晶，它既適用于大批量的結(jié)晶，亦可應(yīng)用于微量的結(jié)晶。較普遍使用的微量擴(kuò)散小室是用有機(jī)玻璃加工而成的、小室直徑2—3mm，高4—5mm。蛋白質(zhì)母液加在小室內(nèi)，上端封一半透膜，然后把小室放到相應(yīng)的平衡透析液內(nèi)。蛋白質(zhì)母液內(nèi)的條件通過(guò)半透膜與外部溶液平衡透析而改變。平衡液小室蛋白質(zhì)溶液橡皮環(huán)透析膜蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)--平衡透析

微量擴(kuò)散小室法利用半透膜允許小分16在蛋白質(zhì)晶體中可能出現(xiàn)的11種對(duì)稱(chēng)類(lèi)型表示在紙面上方表示在紙面下方在蛋白質(zhì)晶體中可能出現(xiàn)的11種對(duì)稱(chēng)類(lèi)型表示在紙面上方17生物大分子的晶體特征氨基酸、核苷酸、單糖的分子能以有序的晶體型式存在，并以氫鍵為特征，晶胞的大小一般為o．5-2nm。這些簡(jiǎn)單的分子中的原子數(shù)目可達(dá)l02，它們是幾乎所有生物結(jié)構(gòu)的建造單元。目前。已經(jīng)測(cè)定了所有這些分子以及大量的衍生物的晶體結(jié)構(gòu)。肽、類(lèi)固醇、激素、維生素以及脂類(lèi)等的一個(gè)分子中所含的原子數(shù)可達(dá)102-103．從生物學(xué)的觀點(diǎn)看仍是很小的分子。但對(duì)于x射線(xiàn)晶體學(xué)來(lái)說(shuō)，已經(jīng)是非常復(fù)雜的了。這些分子在體內(nèi)的生物學(xué)過(guò)程的控制方面通常起著重要的作用。它們能以晶體或液晶等有序性型式存在，已經(jīng)得到了一些關(guān)于這些分子和它們的晶體結(jié)構(gòu)的資料。其晶胞大小為l-3nm。纖維狀蛋白質(zhì)、球狀蛋白質(zhì)、核酸和多糖等生物大分子的一個(gè)分子中或一個(gè)亞基中含有的原子數(shù)目可達(dá)102一105。這些生物大分子是現(xiàn)代晶體學(xué)研究最活躍的領(lǐng)域。它們能以纖維結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)或晶體型式存在，晶胞的大小或鏈的周期一般可從幾個(gè)-20nm。生物膜、核蛋白、染色體、核糖體及病毒等是更為復(fù)雜的生物學(xué)對(duì)象。它們是由大量生物分子如蛋白質(zhì)、核酸、脂類(lèi)或糖類(lèi)等結(jié)合或組裝而成的。在一個(gè)分子或一個(gè)亞基中的原子的數(shù)目可達(dá)102一108。它們能以纖維狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)或晶體等有序性的型式存在．晶胞的大小或鏈的周期可從幾個(gè)-幾十甚至幾百nm。生物大分子的晶體特征氨基酸、核苷酸、單糖的分子能以有18第五章X射線(xiàn)晶體衍射技術(shù)-課件19生物大分子晶體衍射數(shù)據(jù)的收集和處理收集數(shù)據(jù)的方法和儀器設(shè)備也是多樣的，它們各有其自身的特點(diǎn)。因此，根據(jù)不同的對(duì)象和要達(dá)到的目標(biāo)采用不同的數(shù)據(jù)收集方法，能達(dá)到事半功倍的效果。一般晶胞較小的，邊長(zhǎng)為幾納米的晶體用衍射儀收集數(shù)據(jù)為好，晶胞較長(zhǎng)超過(guò)10納米的或晶體壽命短的用照相底片法為好。為了測(cè)定出貢獻(xiàn)于衍射的每個(gè)原子的位置，需要知道每個(gè)衍射點(diǎn)的三個(gè)參數(shù)：波長(zhǎng)、振幅和衍射相位。波長(zhǎng)是由X射線(xiàn)光源性質(zhì)所決定的，結(jié)構(gòu)振幅可由所測(cè)量到的衍射強(qiáng)度求得。但相位則X射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)中被丟失了，這就是X射線(xiàn)晶體學(xué)中所謂的相位問(wèn)題。小分子晶體的相位問(wèn)題是通過(guò)一種叫做“直接法”的方法來(lái)解決的。對(duì)于生物大分子來(lái)說(shuō)，因?yàn)樯锎蠓肿泳w的衍射能力弱，衍射分辨率低，而且分子量很大，相應(yīng)的晶胞參數(shù)也大，衍射點(diǎn)的數(shù)目多，直接法不太適用。解決生物大分子晶體衍射相位問(wèn)題的方法要比小分子晶體復(fù)雜和困難得多，常用的方法有多對(duì)同晶置換法、分子置換法、多波長(zhǎng)反常衍射法等。生物大分子晶體衍射數(shù)據(jù)的收集和處理收集數(shù)據(jù)的方法和儀器設(shè)備也20aribbonrepresentationofKlebsiellapneumoniaenitrogenasecomponent1

aribbonrepresentationofKle21ProteinCrystallizationandX-raydiffraction

ProteinCrystallizationandX-22X射線(xiàn)衍射技術(shù)

在蛋白質(zhì)分析中的應(yīng)用蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)測(cè)定：1959年佩魯茨和肯德魯對(duì)血紅蛋白和肌血蛋白進(jìn)行了X射線(xiàn)衍射分析，解決了血紅蛋白的三維空間結(jié)構(gòu)。

血紅蛋白的空間結(jié)構(gòu)

血紅蛋白的X射線(xiàn)衍射圖X射線(xiàn)衍射技術(shù)

在蛋白質(zhì)分析中的應(yīng)用蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)測(cè)定：195923X射線(xiàn)衍射技術(shù)

在蛋白質(zhì)分析中的應(yīng)用有些蛋白質(zhì)像纖維素或尼龍一樣，既具有纖維狀又具有晶體狀：例如，絲心蛋白、角蛋白（毛發(fā)和皮膚里的蛋白質(zhì)）和膠原蛋白（腱和結(jié)締組織中的蛋白質(zhì)）。德國(guó)物理學(xué)家赫佐格通過(guò)顯示這些物質(zhì)能夠衍射X射線(xiàn)，從而證明了它們的結(jié)晶度。另一位德國(guó)物理學(xué)家布里爾分析了衍射圖，從而確定了多肽鏈中原子的間距。英國(guó)生物化學(xué)家阿斯特伯里等人利用X射線(xiàn)衍射進(jìn)一步了解了多肽鏈的結(jié)構(gòu)。精確地計(jì)算出相鄰原子之間的距離和相鄰的鍵所成的角度。認(rèn)為：絲心蛋白的鏈?zhǔn)峭耆煺沟模催@些原子間鍵的角度能夠使它們幾乎排列在一條直線(xiàn)上。

X射線(xiàn)衍射技術(shù)

在蛋白質(zhì)分析中的應(yīng)用有些蛋白質(zhì)24蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)測(cè)定根據(jù)蛋白質(zhì)的狀態(tài)，測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的方法分為兩大類(lèi)：（1）應(yīng)用X射線(xiàn)晶體衍射圖譜法（X-raycrystallography）和中子衍射法測(cè)定晶體中的蛋白質(zhì)分子構(gòu)象；（2）應(yīng)用核磁共振法（nuclearmagneticresonance，NMR）、園二色性光譜法、激光拉曼光譜法、熒光光譜法、紫外差光譜法和氫同位素交換法等測(cè)定溶液中的蛋白質(zhì)構(gòu)象。利用X射線(xiàn)晶體衍射法測(cè)定蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象，結(jié)果比較可靠。但是，與溶液中的構(gòu)象相比，蛋白質(zhì)分子在晶體中的構(gòu)象是靜態(tài)的。所以，利用蛋白質(zhì)晶體不能測(cè)定不穩(wěn)定的過(guò)渡態(tài)的構(gòu)象。而且，很多蛋白質(zhì)很難結(jié)晶，或者很難得到用于結(jié)構(gòu)分析的足夠大的單晶。另外，X射線(xiàn)晶體衍射的工作流程較長(zhǎng)。蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)測(cè)定根據(jù)蛋白質(zhì)的狀態(tài)，測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的方法25X射線(xiàn)衍射技術(shù)

在蛋白質(zhì)分析中的應(yīng)用

用X射線(xiàn)衍射晶體結(jié)構(gòu)分析法研究重要生物活性大分子的三維結(jié)構(gòu)、分子識(shí)別和作用機(jī)理，屬于新興的化學(xué)、生物和物理的交叉學(xué)科，屬于結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域，是當(dāng)代生命科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)分重要的分支，而X射線(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)分析是結(jié)構(gòu)生物學(xué)最主要的研究手段。如：研究核糖體失活蛋白（RNA

N-糖苷酶）系列，包括天花粉蛋白及其與一系列底物類(lèi)似物的復(fù)合物以及b-苦瓜子蛋白等和甲醇脫氫酶系列：包括從三種不同細(xì)菌提取的甲醇脫氫酶，這是我國(guó)在國(guó)際上首次測(cè)定含新型輔基PQQ的酶的三維結(jié)構(gòu)。

甲醇脫氫酶H亞基的三維結(jié)構(gòu)飄帶圖

天花粉蛋白-NADPH復(fù)合物的結(jié)構(gòu)

X射線(xiàn)衍射技術(shù)

在蛋白質(zhì)分析中的應(yīng)用用X射線(xiàn)衍射晶體結(jié)構(gòu)分26High-ThroughputCrystallographyandStructure-basedDrugDesignHigh-ThroughputCrystallograph27

PROTEUM系統(tǒng)適用于生物大分子結(jié)構(gòu)測(cè)定

PROTEUM系統(tǒng)適用于生物大分子結(jié)構(gòu)測(cè)定

28進(jìn)展近年來(lái)生物大分子X(jué)射線(xiàn)晶體學(xué)的研究進(jìn)展快速,給大量確定未知蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了良好的條件.蛋白質(zhì)結(jié)晶一直是X射線(xiàn)晶體學(xué)中的瓶頸,但是，目前,新型的機(jī)器人結(jié)晶裝置每天可以進(jìn)行大于100000次的嘗試,高通量的蛋白質(zhì)結(jié)晶已經(jīng)成為可能。而且蛋白質(zhì)晶體收集和轉(zhuǎn)移的條件也已大大改善,晶體放置、觀測(cè)、數(shù)據(jù)收集等的自動(dòng)化程度也越來(lái)越高。因此,在結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究中,X射線(xiàn)晶體學(xué)承擔(dān)了結(jié)構(gòu)測(cè)定的大部分工作。如:SARS-Pr復(fù)合物,PCR-表達(dá)-純化-結(jié)晶-X-ray-結(jié)構(gòu)2月(清華)進(jìn)展近年來(lái)生物大分子X(jué)射線(xiàn)晶體學(xué)的研究進(jìn)展快速,給大量確29X射線(xiàn)衍射研究大分子的局限性進(jìn)行X射線(xiàn)衍射譜的分析，通常高純度的材料是必須的，首先實(shí)驗(yàn)樣品應(yīng)該仔細(xì)結(jié)晶，去獲得高品質(zhì)的適合X射線(xiàn)衍射研究的晶體。即使可以得到合適的結(jié)晶，大分子體系結(jié)構(gòu)的測(cè)定仍然比小分子要困難得多。這是因?yàn)閿?shù)目眾多的大分子體系結(jié)構(gòu)中的原子結(jié)構(gòu)確定很困難。同時(shí)對(duì)儀器要求的復(fù)雜性及數(shù)據(jù)分析都需要消耗大量的計(jì)算時(shí)間。X射線(xiàn)衍射必須在分子固相中進(jìn)行，由此獲得的結(jié)構(gòu)信息可能就會(huì)與分子體系在生物活性狀態(tài)的情況有所不同。近年來(lái)，科學(xué)家們努力地發(fā)展建立了結(jié)晶學(xué)軟件，大大加快了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)測(cè)定的步伐。以前需要幾周甚至幾個(gè)月才能完成的工作，現(xiàn)在有可能在幾小時(shí)到幾日內(nèi)完成。清華大學(xué)生命科學(xué)研究中心平均每周可以拿到一個(gè)新的蛋白質(zhì)晶體。X射線(xiàn)衍射研究大分子的局限性進(jìn)行X射線(xiàn)衍射譜的分析，通常高純30X射線(xiàn)晶體衍射技術(shù)在蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定中的應(yīng)用X射線(xiàn)晶體衍射技術(shù)在蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定中的應(yīng)用31X-射線(xiàn)衍射法是測(cè)定蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)的極其重要方法。揭示分子結(jié)構(gòu)與功能的科學(xué)。目前還沒(méi)有一種工具能夠用它直接觀察到蛋白質(zhì)內(nèi)部的原子和基團(tuán)的排列。雖然電子顯微鏡接近于看到大分子的輪廓。但是仍然僅限于揭露分子的大小、形狀、對(duì)稱(chēng)性和聚集狀態(tài)等。通過(guò)X-射線(xiàn)衍射法（X-raydiffractionmethod）可間接地研究蛋白質(zhì)晶體的空間結(jié)構(gòu)。X-射線(xiàn)衍射法是測(cè)定蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)的極其重要方法。揭示分子結(jié)32發(fā)展歷史1895年，倫琴(Rontgen)發(fā)現(xiàn)了X-ray;1913年布拉格父子用X射線(xiàn)衍射法對(duì)氯化鈉、氯化鉀晶體進(jìn)行了測(cè)定，指出晶體衍射圖可以確定晶體內(nèi)部的原子（或分子）間的距離和排列。因此獲諾貝爾獎(jiǎng)。1951年，加利福尼亞理工學(xué)院的泡令和科里提出，α-構(gòu)型的多肽鏈呈螺旋形，通過(guò)X射線(xiàn)確定，組成蛋白質(zhì)的都是L-型氨基酸。1953年克里克、沃森在X射線(xiàn)衍射資料的基礎(chǔ)上，提出了DNA三維結(jié)構(gòu)的模型。獲1962年生理或醫(yī)學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)。1959年佩魯茨和肯德魯對(duì)血紅蛋白和肌血蛋白進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，解決了三維空間結(jié)構(gòu),獲1962年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng).1959年有機(jī)化學(xué)家豪普特曼和卡爾勒建立了測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)的純數(shù)學(xué)理論，特別在研究生物大分子如激素、抗生素、蛋白質(zhì)及新型藥物分子結(jié)構(gòu)方面起到了重要作用。因此獲1985年化學(xué)獎(jiǎng)。

X射線(xiàn)衍射技術(shù)在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究方面起到了推動(dòng)作用發(fā)展歷史1895年，倫琴(Rontgen)發(fā)現(xiàn)了X-ray;33X-射線(xiàn)結(jié)構(gòu)分析基本原理X-射線(xiàn)是波長(zhǎng)很短的電磁波，約0.1--100?。結(jié)構(gòu)分析用的是單色X-射線(xiàn)，其波長(zhǎng)在1?數(shù)量級(jí)，相當(dāng)于分子中原子之間的距離。用于結(jié)構(gòu)分析用的儀器是X-射線(xiàn)儀。由X-射線(xiàn)管、濾波器、高壓系統(tǒng)（30-50KV)、真空系統(tǒng)(10-4-10-5mmHg柱）和照相機(jī)組成。工作原理：由X-射線(xiàn)管產(chǎn)生的各種波長(zhǎng)的X-射線(xiàn)，經(jīng)過(guò)濾波器（如鎳片等）得到一定波長(zhǎng)的單色X-射線(xiàn)。單色X-射線(xiàn)通過(guò)晶體，產(chǎn)生衍射線(xiàn)，用照相機(jī)記錄下來(lái)，得到衍射圖，然后，通過(guò)對(duì)衍射斑點(diǎn)的位置與強(qiáng)度的測(cè)定與計(jì)算，并參照化學(xué)分析的結(jié)果，就可確定晶體結(jié)構(gòu)。。X-射線(xiàn)結(jié)構(gòu)分析基本原理X-射線(xiàn)是波長(zhǎng)很短的電磁波，約0.134用X-射線(xiàn)衍射法測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)是根據(jù)晶體中原子重復(fù)出現(xiàn)的周期性結(jié)構(gòu)。當(dāng)X-射線(xiàn)穿過(guò)晶體的原子平面層時(shí)，只要原子層的距離d與入射角的X-射線(xiàn)波長(zhǎng)λ、入射角θ之間的關(guān)系能滿(mǎn)足布拉格方程式。則反射波可以互相疊加而產(chǎn)生衍射，形成復(fù)雜的衍射圖譜。不同物質(zhì)的晶體形成各自獨(dú)特的X-射線(xiàn)衍射圖。根據(jù)記錄下來(lái)的衍射圖譜，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)處理，可推知晶體中原子的分布和分子的空間結(jié)構(gòu)。dd平行光束原子層θ用X-射線(xiàn)衍射法測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)是根據(jù)晶體中原子重復(fù)出現(xiàn)的周期性35晶體的衍射X射線(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)分析是利用晶體的X射線(xiàn)衍射現(xiàn)象來(lái)測(cè)定晶體及分子的結(jié)構(gòu)。而X射線(xiàn)衍射可簡(jiǎn)單理解為當(dāng)一束平行的X射線(xiàn)投射到晶體上時(shí)，大部分入射線(xiàn)穿過(guò)晶體沿原方向前進(jìn)，而部分射線(xiàn)卻偏離了入射方向。X射線(xiàn)源入射線(xiàn)晶體衍射線(xiàn)晶體的衍射X射線(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)分析是利用晶體的X射線(xiàn)衍射現(xiàn)象來(lái)測(cè)定36晶體結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)日常所見(jiàn)晶體，如：氯化鈉（離子晶體）、金剛石（原子晶體）等，外形都是非常有規(guī)則的。無(wú)論是那一類(lèi)晶體，組成晶體的微粒在空間的三個(gè)方向上，都是周期性排列的。晶體的空間結(jié)構(gòu)是由一組為數(shù)無(wú)限的、相互平行的、情況相同的平面點(diǎn)陣所組成。每一個(gè)點(diǎn)陣所構(gòu)成的單元叫晶胞。知道了晶體的晶胞就等于知道了整個(gè)晶體的空間結(jié)構(gòu)。X-射線(xiàn)結(jié)構(gòu)分析的主要根據(jù)是衍射線(xiàn)的方向和強(qiáng)度，即衍射圖上斑點(diǎn)的位置與黑度。衍射線(xiàn)方向：確定晶胞的大小和形狀；衍射線(xiàn)強(qiáng)度：確定晶胞中的原子排列。晶體結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)日常所見(jiàn)晶體，如：氯化鈉（離子晶體）、金剛37三、蛋白質(zhì)X射線(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定程序樣品處理：培養(yǎng)大的、質(zhì)量好的晶體；蛋白質(zhì)結(jié)晶和晶體生長(zhǎng)晶體衍射數(shù)據(jù)的測(cè)量和處理；位相確定；分子模型的建立和修正三、蛋白質(zhì)X射線(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定程序樣品處理：培養(yǎng)大的、質(zhì)量好的38獲得好的晶體是

結(jié)構(gòu)分析中最關(guān)鍵的一步由于球狀蛋白分子量大，且表面基團(tuán)的構(gòu)象較不穩(wěn)定，欲獲得排列有序的晶體比較難。所形成的晶體在分子之間形成許多大的孔或通道。這些通道常常由溶劑分子所占有，絕大部分在晶體中是無(wú)序的。晶體的蛋白質(zhì)分子之間僅少量的區(qū)域發(fā)生接觸，這些區(qū)域的相互作用是較弱的相互作用，通常是通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)溶劑分子層發(fā)生作用。這是為什么由X射線(xiàn)晶體學(xué)測(cè)定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與在溶液中測(cè)定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)幾乎相同的主要原因。欲獲得晶體，蛋白質(zhì)分子的純度和均一性是能否獲得完好結(jié)晶的關(guān)鍵之一。重組DNA技術(shù)在這方面是一個(gè)很重要的突破。一個(gè)蛋白質(zhì)樣品要想使其能結(jié)晶，至少需要97%的均一性。獲得好的晶體是

結(jié)構(gòu)分析中最關(guān)鍵的一步由于球狀蛋白分子量大，39生物大分子的晶體培養(yǎng)要求

要進(jìn)行x射線(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)分析，首先要得到適合于結(jié)構(gòu)分析的晶體。這里所謂“適合于”包括兩層意思：晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)要具有有序性．是單晶，不是孿晶，否則無(wú)法得到具有結(jié)構(gòu)本身特點(diǎn)的衍射花樣；晶體要有一定的大小和形狀。因?yàn)榫w衍射線(xiàn)的強(qiáng)度大體上正比于晶體的體積，而反比于分子量的大小。一般講分子量為50000左右的蛋白質(zhì)分子，需要0.3mm3或者更大的晶體，才有可能作高分辨率的結(jié)構(gòu)分析。對(duì)于分子量更大的蛋白質(zhì)分子，那就需要更大的晶體。為了滿(mǎn)足上述要求，首先要使生物大分子結(jié)晶，然后設(shè)法長(zhǎng)大。蛋白質(zhì)結(jié)晶過(guò)程是一個(gè)有序化過(guò)程生物大分子的晶體培養(yǎng)要求要進(jìn)行x射線(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)分析，首40蛋白質(zhì)晶體培養(yǎng)一般規(guī)律蛋白質(zhì)結(jié)晶過(guò)程像其他小分子物質(zhì)一樣，是一個(gè)有序化過(guò)程，即在溶液中處于隨機(jī)狀態(tài)的分子轉(zhuǎn)變成有規(guī)則排列狀態(tài)的固體。一般認(rèn)為要使這種有序化過(guò)程開(kāi)始必須要形成一定大小的晶核，并使分子不斷地結(jié)合到形成的晶核上。而一個(gè)蛋白質(zhì)溶液能開(kāi)始形成晶核，就必須使溶液達(dá)到過(guò)飽和，并保持一定的條件，使溶液中的分子失去自由運(yùn)動(dòng)的能量(平移、旋轉(zhuǎn)等)而結(jié)合到晶核上，形成新的穩(wěn)定的化學(xué)鍵(次級(jí)鍵)，使整個(gè)體系能量降低而形成晶體。過(guò)飽和溶液蛋白質(zhì)晶體培養(yǎng)一般規(guī)律蛋白質(zhì)結(jié)晶過(guò)程像其他小分子物質(zhì)一樣，是41蛋白質(zhì)結(jié)晶要點(diǎn)蛋白質(zhì)的分子量很高，幾何形狀較復(fù)雜，表面帶多種電荷；分子間相互作用或相互結(jié)合的點(diǎn)很多，而可能形成有序排列的關(guān)鍵結(jié)合點(diǎn)和幾何匹配位置又很少；在外界條件(如PH、溫度、不同溶劑等)的影響下，分子構(gòu)象容易產(chǎn)生某些變化；在蛋白質(zhì)結(jié)晶時(shí)．必須保持在水合狀態(tài)，或者在生理pH和溫度條件下。要使生物大分子結(jié)晶和生長(zhǎng)出大的晶體．最關(guān)鍵的是控制過(guò)飽和度的量和速度．過(guò)飽和度要低，而速度要盡可能地慢。蛋白質(zhì)結(jié)晶要點(diǎn)蛋白質(zhì)的分子量很高，幾何形狀較復(fù)雜，表面帶多種42蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)--懸滴法該法適用于微量的篩選結(jié)晶條件。每個(gè)蛋白質(zhì)溶液的樣品只需5u1或者10ul，平衡液只需lml。每次實(shí)驗(yàn)可根據(jù)需要設(shè)計(jì)，如可先配制一系列不同濃度的沉淀劑溶液，作為平衡液，然后轉(zhuǎn)移到各個(gè)封閉小室內(nèi)，與含有低于平衡液50％的沉淀劑的蛋白質(zhì)懸滴液擴(kuò)散平衡。最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果篩選出一種沉淀劑濃度作為最佳結(jié)晶條件。具體實(shí)驗(yàn)可采用16孔的塑料組織培養(yǎng)盒進(jìn)行、每個(gè)孔內(nèi)加入一定量的平衡液：每一個(gè)蛋白質(zhì)母液懸滴加在預(yù)先硅化好的蓋玻片上，然后把蓋玻片倒蓋在小池上。為防止蒸發(fā)擴(kuò)散時(shí)漏汽，必須在蓋玻片與池邊緣間加少量凡士林密封。蓋片懸滴平衡液蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)--懸滴法該法適用于微量的篩選結(jié)晶條件。蓋片43HangingDropletMethodforProteinCrystallization

HangingDropletMethodforPro44蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)--坐滴法坐滴法原理與懸滴法相同，不同之處僅為液滴體積增大，如50ul或更大。這種方法較易生長(zhǎng)出大的晶體，重復(fù)性較好，但是蛋白質(zhì)用量較大，適合于巳大體知道結(jié)晶條件，或者有足夠量的樣品可供使用。其缺點(diǎn)是晶體有時(shí)貼在容器底部而不易取出．導(dǎo)致?lián)p壞晶體。蓋片蛋白質(zhì)溶液平衡液蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)--坐滴法坐滴法原理與懸滴法相同，不同之處僅為45蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)--平衡透析

微量擴(kuò)散小室法利用半透膜允許小分子透過(guò)而不允許大分子透過(guò)的性質(zhì)，來(lái)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)溶液的離子強(qiáng)度或pH值，使蛋白質(zhì)溶液慢慢地接近過(guò)飽和度。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：通過(guò)有控制的擴(kuò)散，改變結(jié)晶的條件，從而慢慢地到達(dá)晶核形成點(diǎn)。晶體的生長(zhǎng)亦可不斷地調(diào)整、已經(jīng)產(chǎn)生的沉淀或者微晶可通過(guò)外部條件的改變重新溶解。這種方法可以在低離子強(qiáng)度條件下應(yīng)用傳統(tǒng)的鹽析方法結(jié)晶，它既適用于大批量的結(jié)晶，亦可應(yīng)用于微量的結(jié)晶。較普遍使用的微量擴(kuò)散小室是用有機(jī)玻璃加工而成的、小室直徑2—3mm，高4—5mm。蛋白質(zhì)母液加在小室內(nèi)，上端封一半透膜，然后把小室放到相應(yīng)的平衡透析液內(nèi)。蛋白質(zhì)母液內(nèi)的條件通過(guò)半透膜與外部溶液平衡透析而改變。平衡液小室蛋白質(zhì)溶液橡皮環(huán)透析膜蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)--平衡透析

微量擴(kuò)散小室法利用半透膜允許小分46在蛋白質(zhì)晶體中可能出現(xiàn)的11種對(duì)稱(chēng)類(lèi)型表示在紙面上方表示在紙面下方在蛋白質(zhì)晶體中可能出現(xiàn)的11種對(duì)稱(chēng)類(lèi)型表示在紙面上方47生物大分子的晶體特征氨基酸、核苷酸、單糖的分子能以有序的晶體型式存在，并以氫鍵為特征，晶胞的大小一般為o．5-2nm。這些簡(jiǎn)單的分子中的原子數(shù)目可達(dá)l02，它們是幾乎所有生物結(jié)構(gòu)的建造單元。目前。已經(jīng)測(cè)定了所有這些分子以及大量的衍生物的晶體結(jié)構(gòu)。肽、類(lèi)固醇、激素、維生素以及脂類(lèi)等的一個(gè)分子中所含的原子數(shù)可達(dá)102-103．從生物學(xué)的觀點(diǎn)看仍是很小的分子。但對(duì)于x射線(xiàn)晶體學(xué)來(lái)說(shuō)，已經(jīng)是非常復(fù)雜的了。這些分子在體內(nèi)的生物學(xué)過(guò)程的控制方面通常起著重要的作用。它們能以晶體或液晶等有序性型式存在，已經(jīng)得到了一些關(guān)于這些分子和它們的晶體結(jié)構(gòu)的資料。其晶胞大小為l-3nm。纖維狀蛋白質(zhì)、球狀蛋白質(zhì)、核酸和多糖等生物大分子的一個(gè)分子中或一個(gè)亞基中含有的原子數(shù)目可達(dá)102一105。這些生物大分子是現(xiàn)代晶體學(xué)研究最活躍的領(lǐng)域。它們能以纖維結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)或晶體型式存在，晶胞的大小或鏈的周期一般可從幾個(gè)-20nm。生物膜、核蛋白、染色體、核糖體及病毒等是更為復(fù)雜的生物學(xué)對(duì)象。它們是由大量生物分子如蛋白質(zhì)、核酸、脂類(lèi)或糖類(lèi)等結(jié)合或組裝而成的。在一個(gè)分子或一個(gè)亞基中的原子的數(shù)目可達(dá)102一108。它們能以纖維狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)或晶體等有序性的型式存在．晶胞的大小或鏈的周期可從幾個(gè)-幾十甚至幾百nm。生物大分子的晶體特征氨基酸、核苷酸、單糖的分子能以有48第五章X射線(xiàn)晶體衍射技術(shù)-課件49生物大分子晶體衍射數(shù)據(jù)的收集和處理收集數(shù)據(jù)的方法和儀器設(shè)備也是多樣的，它們各有其自身的特點(diǎn)。因此，根據(jù)不同的對(duì)象和要達(dá)到的目標(biāo)采用不同的數(shù)據(jù)收集方法，能達(dá)到事半功倍的效果。一般晶胞較小的，邊長(zhǎng)為幾納米的晶體用衍射儀收集數(shù)據(jù)為好，晶胞較長(zhǎng)超過(guò)10納米的或晶體壽命短的用照相底片法為好。為了測(cè)定出貢獻(xiàn)于衍射的每個(gè)原子的位置，需要知道每個(gè)衍射點(diǎn)的三個(gè)參數(shù)：波長(zhǎng)、振幅和衍射相位。波長(zhǎng)是由X射線(xiàn)光源性質(zhì)所決定的，結(jié)構(gòu)振幅可由所測(cè)量到的衍射強(qiáng)度求得。但相位則X射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)中被丟失了，這就是X射線(xiàn)晶體學(xué)中所謂的相位問(wèn)題。小分子晶體的相位問(wèn)題是通過(guò)一種叫做“直接法”的方法來(lái)解決的。對(duì)于生物大分子來(lái)說(shuō)，因?yàn)樯锎蠓肿泳w的衍射能力弱，衍射分辨率低，而且分子量很大，相應(yīng)的晶胞參數(shù)也大，衍射點(diǎn)的數(shù)目多，直接法不太適用。解決生物大分子晶體衍射相位問(wèn)題的方法要比小分子晶體復(fù)雜和困難得多，常用的方法有多對(duì)同晶置換法、分子置換法、多波長(zhǎng)反常衍射法等。生物大分子晶體衍射數(shù)據(jù)的收集和處理收集數(shù)據(jù)的方法和儀器設(shè)備也50aribbonrepresentationofKlebsiellapneumoniaenitrogenasecomponent1

aribbonrepresentationofKle51ProteinCrystallizationandX-raydiffraction

ProteinCrystallizationandX-52X射線(xiàn)衍射技術(shù)

在蛋白質(zhì)分析中的應(yīng)用蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)測(cè)定：1959年佩魯茨和肯德魯對(duì)血紅蛋白和肌血蛋白進(jìn)行了X射線(xiàn)衍射分析，解決了血紅蛋白的三維空間結(jié)構(gòu)。

血紅蛋白的空間結(jié)構(gòu)

血紅蛋白的X射線(xiàn)衍射圖X射線(xiàn)衍射技術(shù)

在蛋白質(zhì)分析中的應(yīng)用蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)測(cè)定：195953X射線(xiàn)衍射技術(shù)

在蛋白質(zhì)分析中的應(yīng)用有些蛋白質(zhì)像纖維素或尼龍一樣，既具有纖維狀又具有晶體狀：例如，絲心蛋白、角蛋白（毛發(fā)和皮膚里的蛋白質(zhì)）和膠原蛋白（腱和結(jié)締組織中的蛋白質(zhì)）。德國(guó)物理學(xué)家赫佐格通過(guò)顯示這些物質(zhì)能夠衍射X射線(xiàn)，從而證明了它們的結(jié)晶度。另一位德國(guó)物理學(xué)家布里爾分析了衍射圖，從而確定了多肽鏈中原子的間距。英國(guó)生物化學(xué)家阿斯特伯里等人利用X射線(xiàn)衍射進(jìn)一步了解了多肽鏈的結(jié)構(gòu)。精確地計(jì)算出相鄰原子之間的距離和相鄰的鍵所成的角度。認(rèn)為：絲心蛋白的鏈?zhǔn)峭耆煺沟?，即這些原子間鍵的角度能夠使它們幾乎排列在一條直線(xiàn)上。

X射線(xiàn)衍射技術(shù)

在蛋白質(zhì)分析中的應(yīng)用有些蛋白質(zhì)54蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)測(cè)定根據(jù)蛋白質(zhì)的狀態(tài)，測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的方法分為兩大類(lèi)：（1）應(yīng)用X射線(xiàn)晶體衍射圖譜法（X-raycrystallography）和中