蛋白质分子的结构解析

蛋白质分子构造解析第1页一、X射线衍射技术§8蛋白质分子空间构造解析X射线发觉是起源于对阴极射线研究。伦琴也对阴极射线感爱好，一种偶尔事件吸引了他注意发觉了一种穿透能力很强射线——X射线（伦琴射线）W.K.Rontgen(1845-1923)德国维尔茨堡大学校长，是一种治学严谨，造诣很深试验物理学家，由于发觉X射线，第一种获诺贝尔物理学奖(1923年)X射线发觉第2页X射线性质是一种穿透能力很强射线1923年劳厄等人（晶体衍射）确定是电磁波波长范围0.001---50nm量子理论----由光子组成粒子流E=hv=hc/λ

X射线技术经百年发展，不但对其本质和性质有了深入理解，并且在科研，生产方面有着广泛应用。例如：在物理、化学、地质、生物、医学、天文、材料、工程等。第3页X射线源X射线管同步辐射电子同步加速器产生，高速电子在电磁场中运动发出电磁辐射特点：1、方向性强2、广阔平滑连续谱3、高强度高亮度4、偏振5、高稳定6、脉冲宽度小高速电子打在靶上，产生X射线和热量第4页X射线谱标识光谱连续光谱起源于电子轰击阳极时轫致辐射，X射线管管压低时发出连续光谱原子内层次电子跃迁发出辐射，与靶材有关，X射线管管压超出靶某一激发电位时才有标识光谱第5页与X射线及晶体衍射有关部分诺贝尔奖取得者名单

第6页X射线衍射原理x-ray衍射第7页试验现象x-ray射入样品，其背后放置照相底片。非晶体：沿x-ray传输方向形成一种斑点。晶体：除透射束形成中心斑点外，周围尚有有规律分布其他斑点。说明有偏离原入射方向x-ray存在。第8页x射线衍射x-ray遇到晶体后所产生上述现象称为x-ray衍射，偏离原入射方向射线称衍射线，底片上出现图形称衍射图，图上斑点称衍射斑点。利用x-ray研究晶体构造中各类问题，主要是通过x-ray在晶体中产生衍射现象进行。劳厄斑点第9页产生原因x-ray衍射现象是x-ray散射一种特殊体现。晶体由有序排列质点组成，当x-ray与质点相遇时，首先被晶体各个原子中电子散射，每个电子都是一种新辐射波源，其波长与原射线相同。第10页x射线衍射原子在晶体中是周期排列，散射波之间存在着固定位有关系，它们之间会在空间产生干涉。衍射：原子在晶体中周期性排列使得x-ray散射在某些特定方向加强，而在其他方向削弱现象。x-ray衍射实质：大量原子散射波互相干涉成果相干散射是衍射基础，而衍射则是晶体对x-ray散射一种特殊体现形式，并非x-ray与物质互相作用新现象。第11页布拉格定律布拉格方程导出布拉格定律是衍射几何规律体现式。假设：①晶体是抱负简单点阵。②原子是几何点，电子集中在点上散射。③入射x-ray严格平行。④原子不做热振动。第12页布拉格方程晶体是由（hkl）晶面堆垛而成，即一系列平行等距原子面层层叠合而成。干涉加强条件是：晶体中任意两相邻原子面上原子散射波在原子面反射方向光程差为波长整数倍。即：△=nλn=1，2，3，…晶体三维光栅Three-dimensional“diffractiongrating”第13页x-ray作用于单原子面上任意两相邻原子散射波在原子面反射方向上光程差为：R=0一种原子面向x-ray衍射能够在形式上当作原子面向入射线“反射”。第14页x-ray作用于多原子面上

经两相邻原子面反射反射波光程差：R=2dsinθ第15页第16页布拉格方程干涉加强条件（布拉格方程）为：式中：n—整数，“反射”级数（衍射级数）一组（hkl）随n值不一样，可产生n个不一样方向反射线。θ—布拉格角（入射线与晶面）半衍射角第17页布拉格方程讨论1反应了衍射方向与晶体构造关系，说明了衍射所必备条件。（体现了：反射线空间方位、反射晶面间距、入射线方位、入射波长之间互相关系）x-ray在晶体中产生衍射，其θ、d、λ必须满足布拉格方程。布拉格方程与光学反射定律合在一起称为布拉格定律，或x-ray“反射”定律。第18页布拉格方程讨论2

x-ray在晶面“反射”与可见光镜面反射比较：相同点：①两角相等②三线共面不一样点：①可见光反射仅限于物体表面；x-ray不但在表面并且能进入晶体内部。②可见光以任意角度入射都可进行反射；x-ray只有特殊角度才能进行反射，称为x-ray“选择反射”。第19页布拉格方程讨论3产生衍射极限条件：波长：sinθ=≤1λ≤2d晶面数：d≥衍射级数：第20页X射线衍射仪基本构造第21页x射线衍射图2θOntheinterfaceInthepaste第22页小结利用x-ray研究晶体构造问题，主要是通过x-ray在晶体中产生衍射现象。x-ray在晶体中衍射，实质是大量原子散射波干涉成果，每种晶体所产生衍射花样都反应出晶体内部原子分布规律。x-ray衍射理论要处理中心问题：在衍射现象和晶体构造之间建立起定性和定量关系。衍射线在空间分布

晶胞大小、形状和位向衍射线束强度

原子种类及在晶胞中位置布拉格定律反应前者，衍射强度理论处理后者。第23页二、X射线衍射技术在构造生物学中应用举例1、DNA双螺旋构造发觉第24页DNA晶体X射线衍射花样第25页34埃20埃第26页亮度一致亮度不一小沟大沟第27页第28页JamesWatsonFrancisCrickMauriceWilkinsRosalindFranklin第29页

1957年,JohnKendrew——肌红蛋白

2、X射线晶体学全解析第一种蛋白质构造－－肌红蛋白一条多肽链+一种辅基多肽链：由153个氨基酸残基组成分子量：16700第30页肌红蛋白晶体化及衍射试验(NH4)2SO4数后来肌红蛋白缓冲液3M(NH4)2SO4pH7肌红蛋白溶液肌红蛋白晶体第31页肌红蛋白晶体X射线衍射花样第32页肌红蛋白电子密度图(部分)第33页低解析度肌红蛋白模型第34页高解析度下肌红蛋白模型第35页三、蛋白质分子晶体培养及解析第36页第37页第38页第39页第40页第41页第42页第43页第44页第45页第46页第47页第48页第49页第50页第51页第52页第53页第54页第55页第56