蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)解析

蛋白質(zhì)分子構(gòu)造解析第1頁一、X射線衍射技術(shù)§8蛋白質(zhì)分子空間構(gòu)造解析X射線發(fā)覺是起源于對陰極射線研究。倫琴也對陰極射線感愛好，一種偶爾事件吸引了他注意發(fā)覺了一種穿透能力很強射線——X射線（倫琴射線）W.K.Rontgen(1845-1923)德國維爾茨堡大學(xué)校長，是一種治學(xué)嚴謹，造詣很深試驗物理學(xué)家，由于發(fā)覺X射線，第一種獲諾貝爾物理學(xué)獎(1923年)X射線發(fā)覺第2頁X射線性質(zhì)是一種穿透能力很強射線1923年勞厄等人（晶體衍射）確定是電磁波波長范圍0.001---50nm量子理論----由光子組成粒子流E=hv=hc/λ

X射線技術(shù)經(jīng)百年發(fā)展，不但對其本質(zhì)和性質(zhì)有了深入理解，并且在科研，生產(chǎn)方面有著廣泛應(yīng)用。例如：在物理、化學(xué)、地質(zhì)、生物、醫(yī)學(xué)、天文、材料、工程等。第3頁X射線源X射線管同步輻射電子同步加速器產(chǎn)生，高速電子在電磁場中運動發(fā)出電磁輻射特點：1、方向性強2、廣闊平滑連續(xù)譜3、高強度高亮度4、偏振5、高穩(wěn)定6、脈沖寬度小高速電子打在靶上，產(chǎn)生X射線和熱量第4頁X射線譜標識光譜連續(xù)光譜起源于電子轟擊陽極時軔致輻射，X射線管管壓低時發(fā)出連續(xù)光譜原子內(nèi)層次電子躍遷發(fā)出輻射，與靶材有關(guān)，X射線管管壓超出靶某一激發(fā)電位時才有標識光譜第5頁與X射線及晶體衍射有關(guān)部分諾貝爾獎取得者名單

第6頁X射線衍射原理x-ray衍射第7頁試驗現(xiàn)象x-ray射入樣品，其背后放置照相底片。非晶體：沿x-ray傳輸方向形成一種斑點。晶體：除透射束形成中心斑點外，周圍尚有有規(guī)律分布其他斑點。說明有偏離原入射方向x-ray存在。第8頁x射線衍射x-ray遇到晶體后所產(chǎn)生上述現(xiàn)象稱為x-ray衍射，偏離原入射方向射線稱衍射線，底片上出現(xiàn)圖形稱衍射圖，圖上斑點稱衍射斑點。利用x-ray研究晶體構(gòu)造中各類問題，主要是通過x-ray在晶體中產(chǎn)生衍射現(xiàn)象進行。勞厄斑點第9頁產(chǎn)生原因x-ray衍射現(xiàn)象是x-ray散射一種特殊體現(xiàn)。晶體由有序排列質(zhì)點組成，當(dāng)x-ray與質(zhì)點相遇時，首先被晶體各個原子中電子散射，每個電子都是一種新輻射波源，其波長與原射線相同。第10頁x射線衍射原子在晶體中是周期排列，散射波之間存在著固定位有關(guān)系，它們之間會在空間產(chǎn)生干涉。衍射：原子在晶體中周期性排列使得x-ray散射在某些特定方向加強，而在其他方向削弱現(xiàn)象。x-ray衍射實質(zhì)：大量原子散射波互相干涉成果相干散射是衍射基礎(chǔ)，而衍射則是晶體對x-ray散射一種特殊體現(xiàn)形式，并非x-ray與物質(zhì)互相作用新現(xiàn)象。第11頁布拉格定律布拉格方程導(dǎo)出布拉格定律是衍射幾何規(guī)律體現(xiàn)式。假設(shè)：①晶體是抱負簡單點陣。②原子是幾何點，電子集中在點上散射。③入射x-ray嚴格平行。④原子不做熱振動。第12頁布拉格方程晶體是由（hkl）晶面堆垛而成，即一系列平行等距原子面層層疊合而成。干涉加強條件是：晶體中任意兩相鄰原子面上原子散射波在原子面反射方向光程差為波長整數(shù)倍。即：△=nλn=1，2，3，…晶體三維光柵Three-dimensional“diffractiongrating”第13頁x-ray作用于單原子面上任意兩相鄰原子散射波在原子面反射方向上光程差為：R=0一種原子面向x-ray衍射能夠在形式上當(dāng)作原子面向入射線“反射”。第14頁x-ray作用于多原子面上

經(jīng)兩相鄰原子面反射反射波光程差：R=2dsinθ第15頁第16頁布拉格方程干涉加強條件（布拉格方程）為：式中：n—整數(shù)，“反射”級數(shù)（衍射級數(shù)）一組（hkl）隨n值不一樣，可產(chǎn)生n個不一樣方向反射線。θ—布拉格角（入射線與晶面）半衍射角第17頁布拉格方程討論1反應(yīng)了衍射方向與晶體構(gòu)造關(guān)系，說明了衍射所必備條件。（體現(xiàn)了：反射線空間方位、反射晶面間距、入射線方位、入射波長之間互相關(guān)系）x-ray在晶體中產(chǎn)生衍射，其θ、d、λ必須滿足布拉格方程。布拉格方程與光學(xué)反射定律合在一起稱為布拉格定律，或x-ray“反射”定律。第18頁布拉格方程討論2

x-ray在晶面“反射”與可見光鏡面反射比較：相同點：①兩角相等②三線共面不一樣點：①可見光反射僅限于物體表面；x-ray不但在表面并且能進入晶體內(nèi)部。②可見光以任意角度入射都可進行反射；x-ray只有特殊角度才能進行反射，稱為x-ray“選擇反射”。第19頁布拉格方程討論3產(chǎn)生衍射極限條件：波長：sinθ=≤1λ≤2d晶面數(shù)：d≥衍射級數(shù)：第20頁X射線衍射儀基本構(gòu)造第21頁x射線衍射圖2θOntheinterfaceInthepaste第22頁小結(jié)利用x-ray研究晶體構(gòu)造問題，主要是通過x-ray在晶體中產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。x-ray在晶體中衍射，實質(zhì)是大量原子散射波干涉成果，每種晶體所產(chǎn)生衍射花樣都反應(yīng)出晶體內(nèi)部原子分布規(guī)律。x-ray衍射理論要處理中心問題：在衍射現(xiàn)象和晶體構(gòu)造之間建立起定性和定量關(guān)系。衍射線在空間分布

晶胞大小、形狀和位向衍射線束強度

原子種類及在晶胞中位置布拉格定律反應(yīng)前者，衍射強度理論處理后者。第23頁二、X射線衍射技術(shù)在構(gòu)造生物學(xué)中應(yīng)用舉例1、DNA雙螺旋構(gòu)造發(fā)覺第24頁DNA晶體X射線衍射花樣第25頁34埃20埃第26頁亮度一致亮度不一小溝大溝第27頁第28頁JamesWatsonFrancisCrickMauriceWilkinsRosalindFranklin第29頁

1957年,JohnKendrew——肌紅蛋白

2、X射線晶體學(xué)全解析第一種蛋白質(zhì)構(gòu)造－－肌紅蛋白一條多肽鏈+一種輔基多肽鏈：由153個氨基酸殘基組成分子量：16700第30頁肌紅蛋白晶體化及衍射試驗(NH4)2SO4數(shù)后來肌紅蛋白緩沖液3M(NH4)2SO4pH7肌紅蛋白溶液肌紅蛋白晶體第31頁肌紅蛋白晶體X射線衍射花樣第32頁肌紅蛋白電子密度圖(部分)第33頁低解析度肌紅蛋白模型第34頁高解析度下肌紅蛋白模型第35頁三、蛋白質(zhì)分子晶體培養(yǎng)及解析第36頁第37頁第38頁第39頁第40頁第41頁第42頁第43頁第44頁第45頁第46頁第47頁第48頁第49頁第50頁第51頁第52頁第53頁第54頁第55頁第56