x射线晶体衍射技术

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1、蛋白质晶体X-射线衍射仪ProteinX-raydiffractometer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X-raydiffraction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-raydiffractionmethod）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

2、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

3、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--100Å。结构分析用的是单色X-射线，其波长在1Å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(10-4-10-5mmHg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，

4、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：2dsinθ=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。dd平

5、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射线源入射线晶体衍射线ProteinStructureByX-RayCrystallographyObtainCrystals;ExposeCrystalstoX-rays;MeasureintensityofDiffraction;ComputeElectrondensityateverypositioninthecrystal(x,y,z);Placepoly-peptid

6、echainintoelectrondensity.X射线晶体结构测定原理x射线是一种电磁波，能直线传播，使胶片感光。在晶体结构分析中应用的X射线是波长在o．1nm左右的电磁波由于这一波长与晶体内原子间的距离具有同一数量级以及晶体结构内分子排列的规则性，当X射线入射到晶体上时．晶体中的每一个原子都发射出次生的x射线，并相互干涉，形成一个衍射花样。如果将这个过程与光学显微镜成像相比较．两者有相似之处。在显微镜下，一束平行的可见光入射到一个物体上，物体散射入射光，物镜会聚散射光而成像。对于x射线来说，由于还没有一种材料可作为聚焦镜．因此不可能直接会聚散射光而形成物像，看到晶体内部的结构。但是

7、晶体的衍射花样与晶体内部的结构有一定的关系，即衍射花样内衍射点的排列方式、点间距离的大小与晶体内生物大分子的排列方式和重复周期大小有关，而衍射点的强度分布与生物大分子结构本身的特点有关。因此，我们可以通过分析衍射点的排列方式和测量点间距离的大小来推算分子在晶体结构中的排列方式和重复周期的大小，以及通过测量衍射点的强度，应用一系列数学方法，借助电子计算机可测定分子内每个原于在空间的坐标，从而测定整个分子的结构和晶体结构。晶体结构的基本