-结构生物学导论

1、电子密度图的解释电子密度图的解释和结构修正和结构修正电子密度函数电子密度函数 (xyz) =（1/v） Fhkl exp-2i (hx+ky+lz) h k l Fhkl = | Fhkl | exp (i hkl ) Fourier 加和,采用用快速Fourier变换技术 通常在三维晶胞中按 dmin/3 的格点进行计算分析电子密度图 二级、三级、四级结构 结构模型，原子坐标(不包括H原子)晶体结构的分辨率晶体结构的分辨率 2dmin Sin max = dmin = /2 理论极限 衍射分辨率 分辨率分辨率描述结构的精细精细程度 分辨率和分辨率和hkl指数大小相关指数大小相关 -螺旋 6

2、5 4 3 2 -折叠片 6 5 4 3 2 3 1.6 不同分辨率电子密度图不同分辨率电子密度图提供的结构信息提供的结构信息低分辨率 5 6 分子形状、大小、非晶体学对称性中分辨率 2.5 3.5 跟踪肽链、二级结构、侧链取向高分辨率 1.5 2.0 侧链的精细结构、活性中心精细结构、辅基、 有序溶剂分子、其他小分子和离子结构修正结构修正 晶体结构修正的目的和任务 结构可靠性的判据 修正方法结构模型误差的来源结构模型误差的来源 生物大分子结晶不完善，导致： 衍射强度低，误差大 衍射数据分辨率有限 相角推算过程引入的误差 电子密度的解释和模型构建过程引入的人为的误差晶体学修正的目的晶体学修正的

3、目的调整结构参数调整结构参数改进结构模型与衍射数据之间的吻合程度结构模型与衍射数据之间的吻合程度 同时保持结构模型的立体化学合理性结构模型的立体化学合理性F(hkl)=K qj fj exp2 i (hxj+kyj+lzj) - B j (Sin / )2 jF(hkl)= |F(hkl)| exp i (hkl)结构参数 (H除外) ：坐标 xj yj z j 占有率 qj 热参数 B j （各向同性） 结构可靠性判据结构可靠性判据 R 因子和 Rfree 立体化学参数与理想值的偏差 多肽链构象角的合理性（Ramachandran plot）R 因子因子R= |Fo|-|Fc| / |Fo|

4、 hkl hkl 观测值 计算值 代表结构的精确程度正确的初始模型：R0.4 - 0.5修正后的模型：R 0.30 分辨率Rfree 交叉验证交叉验证 衍射数据分为2组： 从可观测衍射数据中随机选取的约从可观测衍射数据中随机选取的约5% T 其余衍射数据A 工作数据 （A）用于结构修正 检验数据 （T）用于交叉验证, 不参与结构修正R= |Fo(h)|-k|Fc(h)| / |Fo(h)| (hklh) hARfree= |Fo(h)|-k|Fc(h)| / |Fo(h)| hTRfree比R 更可靠和客观 (Rfree R,通常差值0.05)同时监测同时监测R和和RfreeRfree约保存在

5、分辨率约保存在分辨率+0.2立体化学参数立体化学参数 键长 与理想值的均方根偏差与理想值的均方根偏差 rmsd0.010 键角 rmsd1.8 手性中心（如C）原子的手性 氨基酸L构型 非成键原子间的接触 距离 （如氢键、盐桥） 在减小 R 因子的同时，应保持立体化学参数接近 理想值多肽链构象角多肽链构象角Ramachandran plot CNS流程generate蛋白质结构文件（mtf）工作数据 A和检验数据T初始坐标topology*.topParameter*.parslow cooling SA位置修正B refinement热参数修正map手工模型重建手工模型重建后期加水第二轮第二

6、轮 修正后新坐标衍射数据make_cvCNS精修基本的基本步骤精修基本的基本步骤make_cv.inp 第一轮修正前衍射数据的准备generate_easy.inp 产生mtf文件 rigid.inp 刚体修正(分子置换法需要)anneal.inp 坐标修正bindividual.inp 温度因子修正 新坐标Model_map.inp (u=2, v=1) 2fo-fc电子密度图Model_map.inp (u=1,v=1) fo-fc电子密度图Model_stats.inp 统计结果sa_omit_map.inp sa_omit 电子密度图 (后期用于检查可疑片段)water_pick.in

7、p 帮助寻找水分子如果存在非晶体学对称性(NCS),精修过程应用NVS restraint,后期可放开protein.top, protein_rep.param, water.top, water_rep.param: CNS库文件 复合物中的小分子的 topopoly 和parameter文件的查询或建立可求助网站: http:/alpha2.bmc.uu.se/hicup应按分子图形软件的要求,对电子密度图文件进行必要的格式转换手工模型重建使用的手工模型重建使用的各种电子密度图各种电子密度图 常用的电子密度图: (2Fo-Fc) map, (Fo-Fc) map, SA-omit map

8、(xyz)=(1/V) |Fhkl| exp (ihkl) -i2 (hx+ky+lz) hkl 模型2|Fo|-|Fc| map 应与模型一致(用于修正全过程,通常等高线1.0 ) |Fo|-|Fc| map 正值表示模型该处缺少原子 负值表示模型该处有多余原子 (通常用于精修的中后期,通常等高线3.0 )|Fo|-|Fc| SA-omit map 模型中略去可疑片段后进行模拟退火SA修正 显示该片段的客观的电子密度 (用于精修后期纠正可疑片段, 通常等高线3.0 )手工模型重建是必要的手工模型重建是必要的利用分子图形软件进行：如 COOT纠正主链走向的局部错误,纠正侧链错误,加入溶剂分子,其他小分子和离子 重建前 重建并再修正后 Trp222侧链 糖 Trp222 蛋白质晶体结构测定的方法步骤蛋白质晶体结构测定的方法步骤 单晶生长 单晶 初步晶体学研究 空间群，晶胞参数 分子数，分辨