射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)演示文稿

射線晶體衍射測(cè)定蛋白(Bai)質(zhì)三維結(jié)構(gòu)演示文稿第一頁，共七十三頁。（優(yōu)選）射線晶體(Ti)衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu).第二頁，共七十三頁。蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)測(cè)定方法及(Ji)數(shù)量第三頁，共七十三頁。蛋白(Bai)質(zhì)三維結(jié)構(gòu)測(cè)定年增長圖第四頁，共七十三頁。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(cè)(Ce)定原理基本過程優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)用實(shí)例第五頁，共七十三頁。一(Yi)、相關(guān)原理光的衍射現(xiàn)象X射線的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用本質(zhì)的爭論X射線衍射的發(fā)現(xiàn)晶體學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)X射線晶體衍射第六頁，共七十三頁。?‘光線’拐(Guai)彎了！1.光的衍射現(xiàn)象第七頁，共七十三頁。衍(Yan)射現(xiàn)象：光波偏離直線傳播而出現(xiàn)光強(qiáng)不均勻分布的現(xiàn)象當(dāng)縫的大?。ɑ蛘系K物的大?。└ㄩL相差不多時(shí)就發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象．如果縫很寬，其寬度遠(yuǎn)大于波長，則波通過縫后基本上是沿直線傳播的，衍射現(xiàn)象就很不明顯了．第八頁，共七十三頁?；莞埂颇?Nie)耳原理菲涅耳補(bǔ)充：從同一波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的子波是相干波?！?818年惠更斯：光波陣面上每一點(diǎn)都可以看作新的子波源，以后任意時(shí)刻，這些子波的包跡就是該時(shí)刻的波陣面?！?690年解釋不了光強(qiáng)分布！

第九頁，共七十三頁。2.X射線(Xian)的發(fā)現(xiàn)歷程及應(yīng)用失之交臂1836法拉第發(fā)現(xiàn)陰極射線1861克魯克斯陰極射線管在放電時(shí)會(huì)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射線的透視底片照片的沖洗藥水或沖洗技術(shù)發(fā)現(xiàn)X射線本質(zhì)的爭論X射線衍射第十頁，共七十三頁。2.X射線的發(fā)現(xiàn)及(Ji)應(yīng)用1895年倫琴（Roentgen）發(fā)現(xiàn)故稱為倫琴射線。第十一頁，共七十三頁。倫琴夫人的手的X射(She)線照片第十二頁，共七十三頁。X射線在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)(Ying)用倫琴的新發(fā)現(xiàn)轟動(dòng)了全世界,不到三個(gè)月,維也納的一家醫(yī)院便拍出了應(yīng)用于醫(yī)療的X射線照片.從此,X射線拍片和射線透視成為醫(yī)學(xué)診療中常用的手段。為了防止各臟器成像發(fā)生的重疊給診療帶來不便,科學(xué)家們進(jìn)一步研究了成像更清晰、靈敏度更高的儀器。1972年，英國科學(xué)家漢斯菲爾德運(yùn)用計(jì)算機(jī)和圖像重建理論,制成了電子計(jì)算機(jī)射線斷層掃描成像裝置,也就是已被廣泛應(yīng)用的CT。第十三頁，共七十三頁。X射線與諾貝爾(Er)獎(jiǎng)—物理學(xué)獎(jiǎng)倫琴因發(fā)現(xiàn)X射線而獲得第一屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1903年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1906年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。勞厄獲得了1914年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。英國的布拉格父子1915年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。英國的巴克拉1917年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。瑞典物理學(xué)家西格班1924年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。美國的康普頓1927年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。前蘇聯(lián)的切連科夫1958年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng);美國的霍夫斯塔特1961年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng);瑞典的西格巴恩1981年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。第十四頁，共七十三頁。第十五頁，共七十三頁。化(Hua)學(xué)獎(jiǎng)荷蘭的物理化學(xué)家德拜1936年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。美國著名化學(xué)家鮑林1954年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。英國生物學(xué)家肯德魯與佩魯茨1962年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。英國女化學(xué)家霍奇金1964年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。美國化學(xué)家利普斯科姆1976年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。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(jiǎng)。英國生物化學(xué)家克盧格因1982年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng);美國化學(xué)家豪普特曼和卡爾1985年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng);1988年,米歇爾等三位德國生物化學(xué)家諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。第十六頁，共七十三頁。3.X射線本質(zhì)(Zhi)的爭論第十七頁，共七十三頁。X射線本質(zhì)的(De)爭論--波動(dòng)說巴克拉：X射線波動(dòng)性標(biāo)識(shí)譜線：不管元素已化合成什么化合物，它們總是發(fā)射一種硬度的X射線，當(dāng)原子量增大時(shí)，標(biāo)識(shí)X射線的穿透本領(lǐng)會(huì)隨著增大。這說明X射線具有標(biāo)識(shí)特定元素的特性。第十八頁，共七十三頁。X射線本質(zhì)的爭論—微粒(Li)說X射線微粒論者粒子具有旋轉(zhuǎn)性布拉克父子第十九頁，共七十三頁。4.X射(She)線衍射(She)第二十頁，共七十三頁。X射線衍射的(De)獲得波長范圍：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，晶體的晶格常數(shù)恰是這樣的線度衍射波的兩個(gè)基本特征—衍射線（束）在空間分布的方位（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)）密切相關(guān)。第二十一頁，共七十三頁。第二十二頁，共七十三頁。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(duì)象，晶體結(jié)構(gòu)作為研究結(jié)果的(De)一種分析方法。第二十三頁，共七十三頁。5.X射線(Xian)的獲得：X射線管激光等離子體同步輻射X射線激光第二十四頁，共七十三頁。6.晶(Jing)體基礎(chǔ)什么是晶體晶體的周期排布晶體的對(duì)稱性第二十五頁，共七十三頁。3.1什么(Me)是晶體固體物質(zhì)晶體相當(dāng)罕見的東西？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)排列形成的、能夠給出明銳衍射的固體結(jié)構(gòu)。

第二十六頁，共七十三頁。晶(Jing)體什么樣（1）第二十七頁，共七十三頁。晶體什(Shi)么樣（2）第二十八頁，共七十三頁。晶體什(Shi)么樣（3）第二十九頁，共七十三頁。晶(Jing)體什么樣（4）第三十頁，共七十三頁。2.晶(Jing)體和點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)晶體的周期性結(jié)構(gòu)使得我們可以把它抽象成“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)陣第三十一頁，共七十三頁。一(Yi)維周期性結(jié)構(gòu)與直線點(diǎn)陣

第三十二頁，共七十三頁。二維周期性(Xing)結(jié)構(gòu)與平面點(diǎn)陣第三十三頁，共七十三頁。三維周期性結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)(Dian)陣

第三十四頁，共七十三頁。晶胞(Unitcell)空間點(diǎn)陣的單位（大小和形狀完全相同的平行六面體），是晶體結(jié)構(gòu)的最小單位。同一個(gè)空間點(diǎn)陣，劃分平行六面體的方式是多種多樣的。選擇平行六面體的原則：①所選平行六面體的對(duì)稱性應(yīng)符合整個(gè)空間點(diǎn)陣的對(duì)稱性。②選擇棱與棱之間直角關(guān)(Guan)系為最多的平行六面體③所選平行六面體之體積應(yīng)最小。④當(dāng)對(duì)稱性規(guī)定棱間的交角不能為直角關(guān)系時(shí)，應(yīng)選擇結(jié)點(diǎn)間距小的行列作為平行六面體的棱，且棱間的交角接近于直角的平行六面體。第三十五頁，共七十三頁。單位平行六面體，a、b、c、、、是表征它本身形狀、大小的一組參(Can)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)第三十六頁，共七十三頁。單位平行六面體與坐標(biāo)軸的關(guān)系：棱交角(Jiao)＝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(duì)應(yīng)。立方格子a=b=c===90o第三十七頁，共七十三頁。三方(Fang)格子a=b=c==≠90o，60， 109o28'16"第三十八頁，共七十三頁。菱(Ling)面體格子中α為特殊角度時(shí)，演變成的三種立方體格子第三十九頁，共七十三頁。四(Si)方格子a=b≠c===90o第四十頁，共七十三頁。六方格(Ge)子a=b≠c==90o=120o第四十一頁，共七十三頁。正(Zheng)交格子a≠b≠c===90o第四十二頁，共七十三頁。單(Dan)斜格子a≠b≠c==90o≠90o第四十三頁，共七十三頁。三斜格(Ge)子a≠b≠c≠≠≠90o第四十四頁，共七十三頁。按(An)結(jié)點(diǎn)位置，可有四種不同的類型：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(gè)面）第四十五頁，共七十三頁。P——原始(Shi)格子（角頂）第四十六頁，共七十三頁。C——底心(Xin)格子（角頂、頂?shù)酌妫┑谒氖唔?，共七十三頁。I——體心(Xin)格子（角頂、體心）第四十八頁，共七十三頁。F——面心格子(Zi)（角頂、每個(gè)面）第四十九頁，共七十三頁。結(jié)構(gòu)中代表各類(Lei)等同點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)在空間的排列方式來說，格子的種類有、且只有十四種。第五十頁，共七十三頁。衍(Yan)射方向第五十一頁，共七十三頁。第五十二頁，共七十三頁。二、X射線(Xian)晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定基本過程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)收集⑤衍生數(shù)據(jù)分析和改進(jìn)⑥結(jié)構(gòu)模型的獲?。òㄐ拚┑谖迨?，共七十三頁。（2）晶(Jing)體生長過程及影響因素晶核（盡量少）微晶（可用作晶種）晶體在數(shù)小時(shí)至數(shù)月后出現(xiàn)2個(gè)問題：是鹽晶嗎？能給出有用的衍射嗎？（多晶/雙晶）第五十四頁，共七十三頁。影響因素物理因素：溫度、壓力、震動(dòng)、溶劑清潔度、試劑純度、重力、外加物理場(chǎng)等生物化學(xué)因素：pH、離子強(qiáng)度、沉淀劑/添加劑的類型和濃度等其他：溶液過飽和度、純度等“經(jīng)(Jing)驗(yàn)”“機(jī)器人”（2）晶體生長過程及影響因素第五十五頁，共七十三頁。（3）結(jié)晶(Jing)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bioglass第五十六頁，共七十三頁。（4）晶體的初(Chu)步鑒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，易碎成粉脫水不變化因脫水而變壞溶解性慢快偏光性強(qiáng)相對(duì)弱染色性弱強(qiáng)漂浮性下沉漂浮第五十七頁，共七十三頁。（5）衍射數(shù)據(jù)(Ju)收集晶體的處理：低溫液氮?dú)饫淞骷夹g(shù)數(shù)據(jù)收集儀：底片、面探測(cè)器第五十八頁，共七十三頁。衍(Yan)射分析儀器的發(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(cè)技術(shù)：膠片閃爍體計(jì)數(shù)器（點(diǎn)）（IP）CCD探測(cè)器（面）圖2-22石英的衍射儀計(jì)數(shù)器記錄圖（部分）*右上角為石英的德拜圖，衍射峰上方為（hkl）值，β代表Kβ衍射第五十九頁，共七十三頁。底(Di)片（外森堡相機(jī)、徘循相機(jī)）優(yōu)點(diǎn)：多點(diǎn)同時(shí)收集容易保存價(jià)格便宜缺點(diǎn)存在“化學(xué)霧”背景和X射線散射背景費(fèi)時(shí)、費(fèi)力第六十頁，共七十三頁。計(jì)數(shù)管（四(Si)圓衍射儀）將X射線光子強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，信號(hào)放大后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字存入計(jì)算機(jī)隨時(shí)調(diào)用逐點(diǎn)收集數(shù)據(jù)優(yōu)缺點(diǎn)與底片相反第六十一頁，共七十三頁。面(Mian)探技術(shù)-SMARTAPEX-CCD衍射儀SmartCCDOverviewSMARTAPEX-CCD探測(cè)器第六十二頁，共七十三頁。金屬絲構(gòu)成的面板，可同時(shí)多點(diǎn)收集將(Jiang)X射線光子強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)集計(jì)數(shù)管的精確和底片的多點(diǎn)收集效率面探技術(shù)-SMARTAPEX-CCD衍射儀

第六十三頁，共七十三頁。圖(Tu)像板imageplate

面探測(cè)器的改進(jìn)由化學(xué)材料構(gòu)成，整塊板子密度一致高分辨率可見光下可測(cè)量集底片和面探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)于一身第六十四頁，共七十三頁。（6）數(shù)據(jù)分(Fen)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,Scalepack第六十五頁，共七十三頁。第六十六頁，共七十三頁。第六十七頁，共七十三頁。三、X射線晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定優(yōu)(You)點(diǎn)分辨率高不損傷樣品無污染相對(duì)快捷能得到晶體完整性的大量信息第六十八頁，共七十三頁。晶體構(gòu)象是靜態(tài)的，不能測(cè)定不穩(wěn)定的過渡態(tài)的構(gòu)象；很多蛋白質(zhì)很難結(jié)晶，或者很難得到用(Yong)于結(jié)構(gòu)分析的足夠大的單晶；