x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構

x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第1頁蛋白質(zhì)三維結構測定方法及數(shù)量x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第2頁蛋白質(zhì)三維結構測定年增加圖x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第3頁第一節(jié)：X-射線衍射技術用于蛋白質(zhì)晶體結構測定原理基礎過程優(yōu)缺點應用實例x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第4頁一、相關原理光衍射現(xiàn)象X射線發(fā)覺及應用本質(zhì)爭論X射線衍射發(fā)覺晶體學基礎知識X射線晶體衍射x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第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)三維結構第6頁衍射現(xiàn)象：光波偏離直線傳輸而出現(xiàn)光強不均勻分布現(xiàn)象當縫大小（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，其寬度遠大于波長，則波經(jīng)過縫后基礎上是沿直線傳輸，衍射現(xiàn)象就很不顯著了．x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第7頁惠更斯—菲涅耳原理菲涅耳補充：從同一波陣面上各點發(fā)出子波是相干波。

——1818年惠更斯：光波陣面上每一點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年解釋不了光強分布！

x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第8頁2.X射線發(fā)覺歷程及應用失之交臂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)三維結構第9頁2.X射線發(fā)覺及應用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)三維結構第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)三維結構第11頁X射線在醫(yī)學上應用倫琴新發(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)學診療中常見伎倆。為了預防各臟器成像發(fā)生重合給診療帶來不便,科學家們深入研究了成像更清楚、靈敏度更高儀器。1972年，英國科學家漢斯菲爾德利用計算機和圖像重建理論,制成了電子計算機射線斷層掃描成像裝置,也就是已被廣泛應用CT。x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第12頁X射線與諾貝爾獎—物理學獎倫琴因發(fā)覺X射線而取得第一屆諾貝爾物理學獎。1903年諾貝爾物理學獎。1906年諾貝爾物理學獎。勞厄取得了1914年諾貝爾物理學獎。英國布拉格父子1915年諾貝爾物理學獎。英國巴克拉1917年諾貝爾物理學獎。瑞典物理學家西格班1924年諾貝爾物理學獎。美國康普頓1927年諾貝爾物理學獎。前蘇聯(lián)切連科夫1958年諾貝爾物理學獎;美國霍夫斯塔特1961年諾貝爾物理學獎;瑞典西格巴恩1981年諾貝爾物理學獎。x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第13頁x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第14頁化學獎荷蘭物理化學家德拜1936年諾貝爾化學獎。美國著名化學家鮑林1954年諾貝爾化學獎。英國生物學家肯德魯與佩魯茨1962年諾貝爾化學獎。英國女化學家霍奇金1964年諾貝爾化學獎。美國化學家利普斯科姆1976年諾貝爾化學獎。英國化學家桑格和美國化學家吉爾伯特1980年諾貝爾化學獎。英國生物化學家克盧格因1982年諾貝爾化學獎;美國化學家豪普特曼和卡爾1985年諾貝爾化學獎;1988年,米歇爾等三位德國生物化學家諾貝爾化學獎。x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第15頁3.X射線本質(zhì)爭論x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第16頁X射線本質(zhì)爭論--波動說巴克拉：X射線波動性標識譜線：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，當原子量增大時，標識X射線穿透本事會伴隨增大。這說明X射線含有標識特定元素特征。x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第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性布拉克父子x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第18頁4.X射線衍射x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第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特征—衍射線（束）在空間分布方位（衍射方向）和強度與晶體內(nèi)原子分布規(guī)律（晶體結構）親密相關。x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第20頁x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第21頁X射線晶體結構分析？

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，晶體結構作為研究結果一個分析方法。x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第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)三維結構第23頁6.晶體基礎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)三維結構第24頁3.1什么是晶體固體物質(zhì)晶體相當罕見東西？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排列形成、能夠給出明銳衍射固體結構。

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

x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第31頁二維周期性結構與平面點陣x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第32頁三維周期性結構與空間點陣

x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第33頁晶胞(Unitcell)空間點陣單位（大小和形狀完全相同平行六面體），是晶體結構最小單位。同一個空間點陣，劃分平行六面體方式是各種多樣。選擇平行六面體標準：①所選平行六面體對稱性應符合整個空間點陣對稱性。②選擇棱與棱之間直角關系為最多平行六面體③所選平行六面體之體積應最小。④當對稱性要求棱間交角不能為直角關系時，應選擇結點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)三維結構第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)三維結構第35頁單位平行六面體與坐標軸關系：棱交角＝坐標軸之間交角。

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

a=b=c===90ox射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第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)三維結構第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)三維結構第38頁四方格子

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

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

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

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

a≠b≠c≠≠≠90ox射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第43頁按結點位置，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)三維結構第44頁P——

原始格子（角頂）x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第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)三維結構第46頁I——體心格子（角頂、體心）x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第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)三維結構第48頁結構中代表各類等同點結點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)三維結構第49頁衍射方向x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第50頁x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第51頁二、X射線晶體結構測定基礎過程①蛋白質(zhì)獲?。ㄌ峒儯诰w生長并經(jīng)冷凍技術處理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⑥結構模型獲?。ò拚﹛射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第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)三維結構第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原因：pH、離子強度、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”“機器人”（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)三維結構第54頁（3）結晶方法批量結晶法batchcrystallization透射法crystallizationbydialysis液相擴散法liquiddiffusion氣相擴散法vapordiffusion氫氘交換質(zhì)譜技術Enhancedamidehydrogen/deuterium-exchangemassspectrometry,DXMS生物玻璃bioglassx射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第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相對弱染色性弱強漂浮性下沉漂浮x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第56頁（5）衍射數(shù)據(jù)搜集晶體處理：低溫液氮氣冷流技術數(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)三維結構第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：膠片閃爍體計數(shù)器（點）（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)三維結構第58頁底片（外森堡相機、徘循相機）優(yōu)點：多點同時搜集輕易保留價格廉價缺點存在“化學霧”背景和X射線散射背景費時、費勁x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第59頁計數(shù)管（四圓衍射儀）將X射線光子強度轉換為電信號，信號放大后再轉換成數(shù)字存入計算機隨時調(diào)用逐點搜集數(shù)據(jù)優(yōu)缺點與底片相反x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第60頁面探技術-SMARTAPEX-CCD衍射儀SmartCCDOverviewSMARTAPEX-CCD探測器x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第61頁金屬絲組成面板，可同時多點搜集將X射線光子強度轉換為電信號集計數(shù)管準確和底片多點搜集效率面探技術-SMARTAPEX-CCD衍射儀

x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第62頁圖像板imageplate

面探測器改進由化學材料組成，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)點于一身x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第63頁（6）數(shù)據(jù)分析電子密度修飾電子密度圖詮釋結構模型精化數(shù)據(jù)處理軟件：Denzo,Scalepackx射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第64頁x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第65頁x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第66頁三、X射線晶體結構測定優(yōu)點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)三維結構第67頁晶體構象是靜態(tài)，不能測定不穩(wěn)定過渡態(tài)構象；很多蛋白質(zhì)極難結晶，或者極難得到用于結構分析足夠大單晶；（瓶頸）X射線晶體衍射工作流程較長。四、X射線晶體結構測定存在問題x射線晶體衍射測定蛋白質(zhì)三維結構第68頁Lastupdate:TuesdayOct20,at