x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)

x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第1頁蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)測定方法及數(shù)量x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第2頁蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)測定年增加圖x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第3頁第一節(jié)：X-射線衍射技術(shù)用于蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)測定原理基礎(chǔ)過程優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)用實(shí)例x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第4頁一、相關(guān)原理光衍射現(xiàn)象X射線發(fā)覺及應(yīng)用本質(zhì)爭論X射線衍射發(fā)覺晶體學(xué)基礎(chǔ)知識X射線晶體衍射x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第5頁?‘光線’拐彎了！1.光衍射現(xiàn)象x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第6頁衍射現(xiàn)象：光波偏離直線傳輸而出現(xiàn)光強(qiáng)不均勻分布現(xiàn)象當(dāng)縫大小（或障礙物大?。└ㄩL相差不多時就發(fā)生顯著衍射現(xiàn)象．假如縫很寬，其寬度遠(yuǎn)大于波長，則波經(jīng)過縫后基礎(chǔ)上是沿直線傳輸，衍射現(xiàn)象就很不顯著了．x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第7頁惠更斯—菲涅耳原理菲涅耳補(bǔ)充：從同一波陣面上各點(diǎn)發(fā)出子波是相干波。

——1818年惠更斯：光波陣面上每一點(diǎn)都能夠看作新子波源，以后任意時刻，這些子波包跡就是該時刻波陣面。

——1690年解釋不了光強(qiáng)分布！

x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第8頁2.X射線發(fā)覺歷程及應(yīng)用失之交臂1836法拉第發(fā)覺陰極射線1861克魯克斯陰極射線管在放電時會產(chǎn)生亮光干版和光片有問題？1890古德斯柏德洗出了一張X射線透視底片照片沖洗藥水或沖洗技術(shù)發(fā)覺X射線本質(zhì)爭論X射線衍射x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第9頁2.X射線發(fā)覺及應(yīng)用1895年倫琴（Roentgen）發(fā)覺故稱為倫琴射線。x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第10頁倫琴夫人手X射線照片x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第11頁X射線在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用倫琴新發(fā)覺轟動了全世界,不到三個月,維也納一家醫(yī)院便拍出了應(yīng)用于醫(yī)療X射線照片.從此,X射線拍片和射線透視成為醫(yī)學(xué)診療中常見伎倆。為了預(yù)防各臟器成像發(fā)生重合給診療帶來不便,科學(xué)家們深入研究了成像更清楚、靈敏度更高儀器。1972年，英國科學(xué)家漢斯菲爾德利用計算機(jī)和圖像重建理論,制成了電子計算機(jī)射線斷層掃描成像裝置,也就是已被廣泛應(yīng)用CT。x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第12頁X射線與諾貝爾獎—物理學(xué)獎倫琴因發(fā)覺X射線而取得第一屆諾貝爾物理學(xué)獎。1903年諾貝爾物理學(xué)獎。1906年諾貝爾物理學(xué)獎。勞厄取得了1914年諾貝爾物理學(xué)獎。英國布拉格父子1915年諾貝爾物理學(xué)獎。英國巴克拉1917年諾貝爾物理學(xué)獎。瑞典物理學(xué)家西格班1924年諾貝爾物理學(xué)獎。美國康普頓1927年諾貝爾物理學(xué)獎。前蘇聯(lián)切連科夫1958年諾貝爾物理學(xué)獎;美國霍夫斯塔特1961年諾貝爾物理學(xué)獎;瑞典西格巴恩1981年諾貝爾物理學(xué)獎。x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第13頁x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第14頁化學(xué)獎荷蘭物理化學(xué)家德拜1936年諾貝爾化學(xué)獎。美國著名化學(xué)家鮑林1954年諾貝爾化學(xué)獎。英國生物學(xué)家肯德魯與佩魯茨1962年諾貝爾化學(xué)獎。英國女化學(xué)家霍奇金1964年諾貝爾化學(xué)獎。美國化學(xué)家利普斯科姆1976年諾貝爾化學(xué)獎。英國化學(xué)家桑格和美國化學(xué)家吉爾伯特1980年諾貝爾化學(xué)獎。英國生物化學(xué)家克盧格因1982年諾貝爾化學(xué)獎;美國化學(xué)家豪普特曼和卡爾1985年諾貝爾化學(xué)獎;1988年,米歇爾等三位德國生物化學(xué)家諾貝爾化學(xué)獎。x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第15頁3.X射線本質(zhì)爭論x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第16頁X射線本質(zhì)爭論--波動說巴克拉：X射線波動性標(biāo)識譜線：不論元素已化合成什么化合物，它們總是發(fā)射一個硬度X射線，當(dāng)原子量增大時，標(biāo)識X射線穿透本事會伴隨增大。這說明X射線含有標(biāo)識特定元素特征。x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第17頁X射線本質(zhì)爭論—微粒說X射線微粒論者粒子含有旋轉(zhuǎn)性布拉克父子x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第18頁4.X射線衍射x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第19頁X射線衍射取得波長范圍：10—0.1埃欲觀察其衍射現(xiàn)象則衍射線度應(yīng)與其波長差不多，晶體晶格常數(shù)恰是這么線度衍射波兩個基礎(chǔ)特征—衍射線（束）在空間分布方位（衍射方向）和強(qiáng)度與晶體內(nèi)原子分布規(guī)律（晶體結(jié)構(gòu)）親密相關(guān)。x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第20頁x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第21頁X射線晶體結(jié)構(gòu)分析？

使用X射線作為物理工具，依賴X射線衍射現(xiàn)象為物理原理，以晶體作為研究對象，晶體結(jié)構(gòu)作為研究結(jié)果一個分析方法。x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第22頁5.X射線取得：X射線管激光等離子體同時輻射X射線激光x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第23頁6.晶體基礎(chǔ)什么是晶體晶體周期排布晶體對稱性x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第24頁3.1什么是晶體固體物質(zhì)晶體相當(dāng)罕見東西？非晶體晶體(Crystal

)指離子、原子或分子這些微粒在三維空間中周期性重復(fù)排列形成、能夠給出明銳衍射固體結(jié)構(gòu)。

x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第25頁晶體什么樣（1）x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第26頁晶體什么樣（2）x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第27頁晶體什么樣（3）x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第28頁晶體什么樣（4）x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第29頁2.晶體和點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)晶體周期性結(jié)構(gòu)使得咱們能夠把它抽象成“點(diǎn)陣”來研究.一維周期性結(jié)構(gòu)與直線點(diǎn)陣二維周期性結(jié)構(gòu)與平面點(diǎn)陣三維周期性結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第30頁一維周期性結(jié)構(gòu)與直線點(diǎn)陣

x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第31頁二維周期性結(jié)構(gòu)與平面點(diǎn)陣x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第32頁三維周期性結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣

x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第33頁晶胞(Unitcell)空間點(diǎn)陣單位（大小和形狀完全相同平行六面體），是晶體結(jié)構(gòu)最小單位。同一個空間點(diǎn)陣，劃分平行六面體方式是各種多樣。選擇平行六面體標(biāo)準(zhǔn)：①所選平行六面體對稱性應(yīng)符合整個空間點(diǎn)陣對稱性。②選擇棱與棱之間直角關(guān)系為最多平行六面體③所選平行六面體之體積應(yīng)最小。④當(dāng)對稱性要求棱間交角不能為直角關(guān)系時，應(yīng)選擇結(jié)點(diǎn)間距小行列作為平行六面體棱，且棱間交角靠近于直角平行六面體。x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第34頁單位平行六面體，a、b、c

、、、是表征它本身形狀、大小一組參數(shù)，稱為格子參數(shù)或點(diǎn)陣參數(shù)。cab

單位平行六面體參數(shù)x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第35頁單位平行六面體與坐標(biāo)軸關(guān)系：棱交角＝坐標(biāo)軸之間交角。

a、b、c＝軸單位。a、b、c、、、關(guān)系有七種情況，與單位平行六面體七種格子相對應(yīng)。立方格子

a=b=c===90ox射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第36頁三方格子

a=b=c==≠90o，

60， 109o28'16"x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第37頁菱面體格子中α為特殊角度時，演變成三種立方體格子x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第38頁四方格子

a=b≠c===90ox射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第39頁六方格子

a=b≠c==90o=120ox射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第40頁正交格子

a≠b≠c===90ox射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第41頁單斜格子

a≠b≠c==90o≠90ox射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第42頁三斜格子

a≠b≠c≠≠≠90ox射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第43頁按結(jié)點(diǎn)位置，可有四種不一樣類型：P——

原始格子（角頂）C——底心格子（角頂、頂?shù)酌妫㊣——體心格子（角頂、體心）F——面心格子（角頂、每個面）x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第44頁P(yáng)——

原始格子（角頂）x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第45頁C——底心格子（角頂、頂?shù)酌妫﹛射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第46頁I——體心格子（角頂、體心）x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第47頁F——面心格子（角頂、每個面）x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第48頁結(jié)構(gòu)中代表各類等同點(diǎn)結(jié)點(diǎn)在空間排列方式來說，格子種類有、且只有十四種。x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第49頁衍射方向x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第50頁x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第51頁二、X射線晶體結(jié)構(gòu)測定基礎(chǔ)過程①蛋白質(zhì)獲?。ㄌ峒儯诰w生長并經(jīng)冷凍技術(shù)處理③重原子衍生物制備④衍射數(shù)據(jù)搜集⑤衍生數(shù)據(jù)分析和改進(jìn)⑥結(jié)構(gòu)模型獲?。ò拚﹛射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第52頁（2）晶體生長過程及影響原因晶核（盡可能少）微晶（可用作晶種）晶體在數(shù)小時至數(shù)月后出現(xiàn)2個問題：是鹽晶嗎？能給出有用衍射嗎？（多晶/雙晶）x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第53頁影響原因物理原因：溫度、壓力、震動、溶劑清潔度、試劑純度、重力、外加物理場等生物化學(xué)原因：pH、離子強(qiáng)度、沉淀劑/添加劑類型和濃度等其它：溶液過飽和度、純度等“經(jīng)驗(yàn)”“機(jī)器人”（2）晶體生長過程及影響原因x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第54頁（3）結(jié)晶方法批量結(jié)晶法batchcrystallization透射法crystallizationbydialysis液相擴(kuò)散法liquiddiffusion氣相擴(kuò)散法vapordiffusion氫氘交換質(zhì)譜技術(shù)Enhancedamidehydrogen/deuterium-exchangemassspectrometry,DXMS生物玻璃bioglassx射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第55頁（4）晶體初步判定小分子晶體蛋白質(zhì)晶體邊界完整，漂亮常不完整，易出現(xiàn)多晶硬度偏硬，易碎成2瓣或幾瓣偏軟，易碎成粉脫水不改變因脫水而變壞溶解性慢快偏光性強(qiáng)相對弱染色性弱強(qiáng)漂浮性下沉漂浮x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第56頁（5）衍射數(shù)據(jù)搜集晶體處理：低溫液氮?dú)饫淞骷夹g(shù)數(shù)據(jù)搜集儀：底片、面探測器x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第57頁衍射分析儀器發(fā)展射線種類：連續(xù)射線特征射線電子衍射中子衍射

探測技術(shù)：膠片閃爍體計數(shù)器（點(diǎn)）（IP）CCD探測器（面）

圖2-22石英衍射儀計數(shù)器統(tǒng)計圖（個別）*右上角為石英德拜圖，衍射峰上方為（hkl）值，β代表Kβ衍射x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第58頁底片（外森堡相機(jī)、徘循相機(jī)）優(yōu)點(diǎn)：多點(diǎn)同時搜集輕易保留價格廉價缺點(diǎn)存在“化學(xué)霧”背景和X射線散射背景費(fèi)時、費(fèi)勁x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第59頁計數(shù)管（四圓衍射儀）將X射線光子強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號，信號放大后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字存入計算機(jī)隨時調(diào)用逐點(diǎn)搜集數(shù)據(jù)優(yōu)缺點(diǎn)與底片相反x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第60頁面探技術(shù)-SMARTAPEX-CCD衍射儀SmartCCDOverviewSMARTAPEX-CCD探測器x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第61頁金屬絲組成面板，可同時多點(diǎn)搜集將X射線光子強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號集計數(shù)管準(zhǔn)確和底片多點(diǎn)搜集效率面探技術(shù)-SMARTAPEX-CCD衍射儀

x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第62頁圖像板imageplate

面探測器改進(jìn)由化學(xué)材料組成，整塊板子密度一致高分辨率可見光下可測量集底片和面探測器優(yōu)點(diǎn)于一身x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第63頁（6）數(shù)據(jù)分析電子密度修飾電子密度圖詮釋結(jié)構(gòu)模型精化數(shù)據(jù)處理軟件：Denzo,Scalepackx射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第64頁x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第65頁x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第66頁三、X射線晶體結(jié)構(gòu)測定優(yōu)點(diǎn)分辨率高不損傷樣品無污染相對快捷能得到晶體完整性大量信息x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第67頁晶體構(gòu)象是靜態(tài)，不能測定不穩(wěn)定過渡態(tài)構(gòu)象；很多蛋白質(zhì)極難結(jié)晶，或者極難得到用于結(jié)構(gòu)分析足夠大單晶；（瓶頸）X射線晶體衍射工作流程較長。四、X射線晶體結(jié)構(gòu)測定存在問題x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第68頁Lastupdate:TuesdayOct20,at