x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)

x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第1頁(yè)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)測(cè)定方法及數(shù)量x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第2頁(yè)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)測(cè)定年增加圖x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第3頁(yè)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)定原理基礎(chǔ)過(guò)程優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)用實(shí)例x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第4頁(yè)一、相關(guān)原理光衍射現(xiàn)象X射線發(fā)覺(jué)及應(yīng)用本質(zhì)爭(zhēng)論X射線衍射發(fā)覺(jué)晶體學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)X射線晶體衍射x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第5頁(yè)?‘光線’拐彎了！1.光衍射現(xiàn)象x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第6頁(yè)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?。ɑ蛘系K物大?。└ㄩL(zhǎng)相差不多時(shí)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(zhǎng)，則波經(jīng)過(guò)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(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第7頁(yè)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(shí)刻，這些子波包跡就是該時(shí)刻波陣面。

——1690年解釋不了光強(qiáng)分布！

x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第8頁(yè)2.X射線發(fā)覺(jué)歷程及應(yīng)用失之交臂1836法拉第發(fā)覺(jué)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射線透視底片照片沖洗藥水或沖洗技術(shù)發(fā)覺(jué)X射線本質(zhì)爭(zhēng)論X射線衍射x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第9頁(yè)2.X射線發(fā)覺(jué)及應(yīng)用1895年倫琴（Roentgen）發(fā)覺(jué)故稱為倫琴射線。x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第10頁(yè)倫琴夫人手X射線照片x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第11頁(yè)X射線在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用倫琴新發(fā)覺(jué)轟動(dòng)了全世界,不到三個(gè)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(jiàn)伎倆。為了預(yù)防各臟器成像發(fā)生重合給診療帶來(lái)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(guó)科學(xué)家漢斯菲爾德利用計(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CT。x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第12頁(yè)X射線與諾貝爾獎(jiǎng)—物理學(xué)獎(jiǎng)倫琴因發(fā)覺(jué)X射線而取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年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。勞厄取得了1914年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。英國(guó)布拉格父子1915年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。英國(guó)巴克拉1917年諾貝爾物理學(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)康普頓1927年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。前蘇聯(lián)切連科夫1958年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng);美國(guó)霍夫斯塔特1961年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng);瑞典西格巴恩1981年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第13頁(yè)x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第14頁(yè)化學(xué)獎(jiǎng)荷蘭物理化學(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)。x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第15頁(yè)3.X射線本質(zhì)爭(zhēng)論x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第16頁(yè)X射線本質(zhì)爭(zhēng)論--波動(dòng)說(shuō)巴克拉：X射線波動(dòng)性標(biāo)識(shí)譜線：不論元素已化合成什么化合物，它們總是發(fā)射一個(gè)硬度X射線，當(dāng)原子量增大時(shí)，標(biāo)識(shí)X射線穿透本事會(huì)伴隨增大。這說(shuō)明X射線含有標(biāo)識(shí)特定元素特征。x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第17頁(yè)X射線本質(zhì)爭(zhēng)論—微粒說(shuō)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(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第18頁(yè)4.X射線衍射x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第19頁(yè)X射線衍射取得波長(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，晶體晶格常數(shù)恰是這么線度衍射波兩個(gè)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(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第20頁(yè)x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第21頁(yè)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)果一個(gè)分析方法。x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第22頁(yè)5.X射線取得：X射線管激光等離子體同時(shí)輻射X射線激光x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第23頁(yè)6.晶體基礎(chǔ)什么是晶體晶體周期排布晶體對(duì)稱性x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第24頁(yè)3.1什么是晶體固體物質(zhì)晶體相當(dāng)罕見(jiàn)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(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第25頁(yè)晶體什么樣（1）x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第26頁(yè)晶體什么樣（2）x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第27頁(yè)晶體什么樣（3）x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第28頁(yè)晶體什么樣（4）x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第29頁(yè)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(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x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第30頁(yè)一維周期性結(jié)構(gòu)與直線點(diǎn)陣

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

x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第33頁(yè)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(gè)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(duì)稱性應(yīng)符合整個(gè)空間點(diǎn)陣對(duì)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(duì)稱性要求棱間交角不能為直角關(guān)系時(shí)，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(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第34頁(yè)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(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第35頁(yè)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(duì)應(yīng)。立方格子

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

a=b=c==≠90o，

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

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

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

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

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

a≠b≠c≠≠≠90ox射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第43頁(yè)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(gè)面）x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第44頁(yè)P(yáng)——

原始格子（角頂）x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第45頁(yè)C——底心格子（角頂、頂?shù)酌妫﹛射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第46頁(yè)I——體心格子（角頂、體心）x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第47頁(yè)F——面心格子（角頂、每個(gè)面）x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第48頁(yè)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(lái)說(shuō)，格子種類有、且只有十四種。x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第49頁(yè)衍射方向x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第50頁(yè)x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第51頁(yè)二、X射線晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定基礎(chǔ)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)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(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第52頁(yè)（2）晶體生長(zhǎng)過(guò)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(shí)至數(shù)月后出現(xiàn)2個(gè)問(wèn)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(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第53頁(yè)影響原因物理原因：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)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(guò)飽和度、純度等“經(jīng)驗(yàn)”“機(jī)器人”（2）晶體生長(zhǎng)過(guò)程及影響原因x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第54頁(yè)（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(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第55頁(yè)（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(duì)弱染色性弱強(qiáng)漂浮性下沉漂浮x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第56頁(yè)（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(cè)器x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第57頁(yè)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(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石英衍射儀計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)圖（個(gè)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(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第58頁(yè)底片（外森堡相機(jī)、徘循相機(jī)）優(yōu)點(diǎn)：多點(diǎn)同時(shí)搜集輕易保留價(jià)格廉價(jià)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)勁x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第59頁(yè)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)搜集數(shù)據(jù)優(yōu)缺點(diǎn)與底片相反x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第60頁(yè)面探技術(shù)-SMARTAPEX-CCD衍射儀SmartCCDOverviewSMARTAPEX-CCD探測(cè)器x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第61頁(yè)金屬絲組成面板，可同時(shí)多點(diǎn)搜集將X射線光子強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)集計(jì)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(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第62頁(yè)圖像板imageplate

面探測(cè)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(jiàn)光下可測(cè)量集底片和面探測(cè)器優(yōu)點(diǎn)于一身x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第63頁(yè)（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(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第64頁(yè)x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第65頁(yè)x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第66頁(yè)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大量信息x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第67頁(yè)晶體構(gòu)象是靜態(tài)，不能測(cè)定不穩(wěn)定過(guò)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(zhǎng)。四、X射線晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定存在問(wèn)題x射線晶體衍射測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)第68頁(yè)Lastupdate:TuesdayOct20,at