X射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)測(cè)定2011-3-30現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)測(cè)定方法及數(shù)量現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)測(cè)定年增長(zhǎng)圖現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一第一節(jié)：X-射線衍射技術(shù)用于蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定原理基本過(guò)程優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)用實(shí)例現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一一、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(zhēng)論X射線衍射的發(fā)現(xiàn)晶體學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)X射線晶體衍射現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一?‘光線’拐彎了！1.光的衍射現(xiàn)象現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一衍射現(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)縫的大小（或障礙物的大?。└ㄩL(zhǎng)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(zhǎng)，則波通過(guò)縫后基本上是沿直線傳播的，衍射現(xiàn)象就很不明顯了．現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一惠更斯—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！

現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一2.X射線的發(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(wèn)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(zhēng)論X射線衍射現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一2.X射線的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用1895年倫琴（Roentgen）發(fā)現(xiàn)故稱為倫琴射線。現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一倫琴夫人的手的X射線照片現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一X射線在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)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(lái)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(guó)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。現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一X射線與諾貝爾獎(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(guó)的布拉格父子1915年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。英國(guó)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(guó)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(guó)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)?，F(xiàn)在是13頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一化學(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(guó)著名化學(xué)家鮑林1954年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。英國(guó)生物學(xué)家肯德魯與佩魯茨1962年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。英國(guó)女化學(xué)家霍奇金1964年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。美國(guó)化學(xué)家利普斯科姆1976年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。英國(guó)化學(xué)家桑格和美國(guó)化學(xué)家吉爾伯特1980年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。英國(guó)生物化學(xué)家克盧格因1982年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng);美國(guó)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(guó)生物化學(xué)家諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?，F(xiàn)在是15頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一3.X射線本質(zhì)的爭(zhēng)論現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一X射線本質(zhì)的爭(zhēng)論--波動(dòng)說(shuō)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(shuō)明X射線具有標(biāo)識(shí)特定元素的特性。現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一X射線本質(zhì)的爭(zhēng)論—微粒說(shuō)X射線微粒論者粒子具有旋轉(zhuǎn)性布拉克父子現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一4.X射線衍射現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一X射線衍射的獲得波長(zhǎng)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(zhǎng)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)。現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一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)果的一種分析方法?，F(xiàn)在是22頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一5.X射線的獲得：X射線管激光等離子體同步輻射X射線激光現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一6.晶體基礎(chǔ)什么是晶體晶體的周期排布晶體的對(duì)稱性現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一3.1什么是晶體固體物質(zhì)晶體相當(dāng)罕見(jiàn)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)。

現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一晶體什么樣（1）現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一晶體什么樣（2）現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一晶體什么樣（3）現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一晶體什么樣（4）現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一2.晶體和點(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(lái)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)陣現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一一維周期性結(jié)構(gòu)與直線點(diǎn)陣

現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一二維周期性結(jié)構(gòu)與平面點(diǎn)陣現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一三維周期性結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣

現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一晶胞(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)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?，F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一單位平行六面體，a、b、c、、、是表征它本身形狀、大小的一組參數(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)現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一單位平行六面體與坐標(biāo)軸的關(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(duì)應(yīng)。立方格子a=b=c===90o現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一三方格子a=b=c==≠90o，60， 109o28'16"現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一菱面體格子中α為特殊角度時(shí)，演變成的三種立方體格子現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一四方格子a=b≠c===90o現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一六方格子a=b≠c==90o=120o現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一正交格子a≠b≠c===90o現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一單斜格子a≠b≠c==90o≠90o現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一三斜格子a≠b≠c≠≠≠90o現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一按結(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）現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一P——原始格子（角頂）現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一C——底心格子（角頂、頂?shù)酌妫┈F(xiàn)在是46頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一I——體心格子（角頂、體心）現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一F——面心格子（角頂、每個(gè)面）現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一結(jié)構(gòu)中代表各類等同點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)在空間的排列方式來(lái)說(shuō)，格子的種類有、且只有十四種?，F(xiàn)在是49頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一衍射方向現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一二、X射線晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定基本過(guò)程①蛋白質(zhì)獲?。ㄌ峒儯诰w生長(zhǎng)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┈F(xiàn)在是52頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一（2）晶體生長(zhǎng)過(guò)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(wèn)題：是鹽晶嗎？能給出有用的衍射嗎？（多晶/雙晶）現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一影響因素物理因素：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(guò)飽和度、純度等“經(jīng)驗(yàn)”“機(jī)器人”（2）晶體生長(zhǎng)過(guò)程及影響因素現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一（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bioglass現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一（4）晶體的初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)漂浮性下沉漂浮現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一（5）衍射數(shù)據(jù)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)器現(xiàn)在是57頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一衍射分析儀器的發(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衍射現(xiàn)在是58頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一底片（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)力現(xiàn)在是59頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一計(jì)數(shù)管（四圓衍射儀）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)與底片相反現(xiàn)在是60頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一面探技術(shù)-SMARTAPEX-CCD衍射儀SmartCCDOverviewSMARTAPEX-CCD探測(cè)器現(xiàn)在是61頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一金屬絲構(gòu)成的面板，可同時(shí)多點(diǎn)收集將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

現(xiàn)在是62頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一圖像板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(jiàn)光下可測(cè)量集底片和面探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)于一身現(xiàn)在是63頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一（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,Scalepack現(xiàn)在是64頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一現(xiàn)在是65頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一現(xiàn)在是66頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一三、X射線晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定優(yōu)點(diǎn)分辨率高不損傷樣品無(wú)污染相對(duì)快捷能得到晶體完整性的大量信息現(xiàn)在是67頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一晶體構(gòu)象是靜態(tài)的，不能測(cè)定不穩(wěn)定的過(guò)渡態(tài)的構(gòu)象；很多蛋白質(zhì)很難結(jié)晶，或者很難得到用于結(jié)構(gòu)分析的足夠大的單晶；（瓶頸）X射線晶體衍射的工作流程較長(zhǎng)。四、X射線晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定存在問(wèn)題現(xiàn)在是68頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期一Lastupdate:TuesdayOct20,2009at5