X射线晶体衍射技术-培训课件.ppt

PROTEUM系统适用于生物大分子结构测定 进展 近年来生物大分子X 射线晶体学的研究进展快速, 给大量确定未知蛋白质的结构创造了良好的条件. 蛋白质结晶一直是X射线晶体学中的瓶颈, 但是，目前, 新型的机器人结晶装置每天可以进行大于100 000 次的尝试, 高通量的蛋白质结晶已经成为可能。 而且蛋白质晶体收集和转移的条件也已大大改善, 晶体放置、观测、数据收集等的自动化程度也越来越高。 因此, 在结构基因组学研究中, X 射线晶体学承担了结构测定的大部分工作。 如:SARS-Pr 复合物,PCR-表达-纯化-结晶-X-ray-结构 2月 (清华) X射线衍射研究大分子的局限性 进行X射线衍射谱的分析，通常高纯度的材料是必须的，首先实验样品应该仔细结晶，去获得高品质的适合X射线衍射研究的晶体。 即使可以得到合适的结晶，大分子体系结构的测定仍然比小分子要困难得多。这是因为数目众多的大分子体系结构中的原子结构确定很困难。 同时对仪器要求的复杂性及数据分析都需要消耗大量的计算时间。 X射线衍射必须在分子固相中进行，由此获得的结构信息可能就会与分子体系在生物活性状态的情况有所不同。 近年来，科学家们努力地发展建立了结晶学软件，大大加快了蛋白质结构测定的步伐。以前需要几周甚至几个月才能完成的工作，现在有可能在几小时到几日内完成。清华大学生命科学研究中心平均每周可以拿到一个新的蛋白质晶体。 山东大学医学院 分子生物学实验中心 刘师莲 Thanks! 蛋白质晶体X-射线衍射仪 Protein X-ray diffractometer 型号：R-AXISIV++ X射线晶体衍射技术 在蛋白质晶体结构测定中的应用 现代分子生物学 引言 X-射线衍射法是测定蛋白质晶体结构的极其重要方法。生物大分子X射线晶体学是揭示分子结构与功能的科学。目前还没有一种工具能够用它直接观察到蛋白质内部的原子和基团的排列。虽然电子显微镜接近于看到大分子的轮廓。但是仍然仅限于揭露分子的大小、形状、对称性和聚集状态等。通过X-射线衍射法（X-ray diffraction method）可间接地研究蛋白质晶体的空间结构。对晶体结构的研究将帮助人们从原子的水平上了解物质。 发展历史 1895年，伦琴(Rontgen)发现了X-ray; 1913年布拉格父子用X射线衍射法对氯化钠、氯化钾晶体进行了测定，指出晶体衍射图可以确定晶体内部的原子（或分子）间的距离和排列。因此获诺贝尔奖。 1951年，加利福尼亚理工学院的泡令和科里提出，α-构型的多肽链呈螺旋形，通过X射线确定，组成蛋白质的都是L-型氨基酸。 1953年克里克、沃森在X射线衍射资料的基础上，提出了DNA三维结构的模型。获1962年生理或医学诺贝尔奖。 1959年佩鲁茨和肯德鲁对血红蛋白和肌血蛋白进行结构分析，解决了三维空间结构,获1962年诺贝尔化学奖. 1959年有机化学家豪普特曼和卡尔勒建立了测定晶体结构的纯数学理论，特别在研究生物大分子如激素、抗生素、蛋白质及新型药物分子结构方面起到了重要作用。因此获1985年化学奖。 X射线衍射技术在蛋白质结构研究方面起到了推动作用 X-射线结构分析法（X-光衍射法） X-射线是波长很短的电磁波，约0.1--100?。 结构分析用的是单色X-射线，其波长在1?数量级，相当于分子中原子之间的距离。 用于结构分析用的仪器是X-射线仪。由X-射线管、滤波器、高压系统（30-50KV)、真空系统(10-4-10-5 mmHg柱）和照相机组成。 工作原理：由X-射线管产生的各种波长的X-射线，经过滤波器（如镍片等）得到一定波长的单色X-射线。单色X-射线通过晶体，产生衍射线，用照相机记录下来，得到衍射图，然后，通过对衍射斑点的位置与强度的测定与计算，并参照化学分析的结果，就可确定晶体结构。即：光学-实像，通过FT转变。 基本原理 用X-射线衍射法测定晶体结构是根据晶体中原子重复出现的周期性结构。当X-射线穿过晶体的原子平面层时，只要原子层的距离d与入射角的X-射线波长λ、入射角θ之间的关系能满足布拉格(Bragg)方程式： 2d sinθ=nλ( n =±1,±2,±3,…) 则反射波可以互相叠加而产生衍射，形成复杂的衍射图谱。不同物质的晶体形成各自独特的X-射线衍射图。根据记录下来的衍射图谱，经过复杂的数学处理，可推知晶体中原子的分布和分子的空间结构。 d d 平行光束 原子层 θ 晶体的衍射 X射线晶体结构分析是利用晶体的X射线衍射现象来测定晶体及分子的结构。而X射线衍射可简单理解为当一束平行的X射线投射到晶体上时，大部分入射线穿过晶体沿原方向前进，而部分射线却偏离了入射方向。 X射线源