清华大学-蛋白质晶体学课件-1.pdf

蛋白质晶体学 王新泉 医学科学楼C226 xinquanwang@mail.tsinghua.edu.cn 王佳伟 医学科学楼C328 jwwang@mail.tsinghua.edu.cn 本课程将主要采取课堂讲述的方式，介绍蛋白质晶体 学的基本概念，原理和实验方法。主要内容包括： （1）晶体对称元素，等效点系，点群和空间群等几何晶 体学内容； （2 ）X-射线的发生和衍射测量装置； （3 ）蛋白质晶体生长； （4 ）晶体X-射线衍射原理； （5 ）结构因子； （6 ）同晶置换法和反常散射方法求解相角问题原理； （7 ）相角优化； （8 ）分子置换法； （9 ）直接法在蛋白质晶体学中的应用； （10）蛋白质晶体结构修正； （11）蛋白质晶体结构质量检测。 参考书 X-射线晶体学基础(2nd edition) 梁栋材 晶体结构的周期性和对称性 周公度 Fundamentals of Crystallography (2nd edition) C. Giacovazzo, et al. Principles of Protein X-ray crystallography Jan Drenth International Tables for Crystallography Volume F: Crystallography of Biological macromolecules 晶体的定义及其性质 晶体是原子，离子或分子按照一定的周期性在空 间排列所形成的具有一定规则几何外形的固体。 按周期性规律重复排列 无定形态物质(玻璃体、非晶态物质)内部排列杂乱无 章，或仅仅是短程有序，没有周期性规律。 晶体具有如下性质： • 均匀性：晶体内部各个部分的宏观性质是相同 的，如有相同的密度、相同的化学组成。 • 各向异性：晶体种不同的方向上具有不同的物理 性质。 石墨晶体在平行于石墨层 方向上比垂直于石墨层方 向上导电率大一万倍。 石墨 晶体具有如下性质： • 规则外形：理想环境中生长的晶体应为凸多边形 （自范性）。 F(晶面数)+ V(顶点数)=E(晶棱数)+ 2 6+8=12+2 8+6=12+2 晶体具有如下性质： • 晶体的对称性：理想晶体的外形与其内部的微观 结构是紧密相关的，都具有特定的对称性，而且 其对称性与性质的关系非常密切。 晶体具有如下性质： • 晶体对X-射线的衍射：晶体的周期性结构使它成 为天然的三维光栅，周期与X光波长相当, 能够对 X光产生衍射。 1912年，德国物理学家劳厄 （Max von Laue ）发现了X-射线衍射现象，证明了X-射线 的波动性和晶体内部结构的周期性，并第一次 对晶体的空间点阵理论作出了实验验证，进而 使得X-射线晶体学成为在原子水平研究三维物 质结构的首枚探测器。 两年后，这一发现为劳厄赢得了1914年诺贝 尔物理学奖。 点阵理论 晶体的周期性是我们能够把它抽象为 “点阵”来 研究，将晶体中重复出现的最小单元称为为结构基元 (structural mo