X射线晶体衍射分析

《X射线晶体衍射分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、X射线晶体衍射分析(X-rayCrystallography,X-rayDiffractionMethods)殷雷梁毅(武汉大学生命科学学院)测定生物大分子三维结构的主要方法完整、精确、实时(动态)地测定生物大分子三维结构的主要研究对象包括核酸、蛋白质、寡糖、脂以及它们之间的复合物。直接测定生物大分子三维结构的主要实验方法有:X射线晶体衍射分析(亦称X射线结晶学或晶体结构分析)、核磁共振波谱分析(NMR)、电镜三维重构（EM）、扫描隧道显微技术(STM)和原子力显微技术(AFM)。X射线晶体衍射分析X射线

2、晶体衍射分析迄今仍然是蛋白质和核酸三维结构测定的主要方法。美国蛋白质数据库(PDB)存入的三维结构数据,截止目前,已经存入国际蛋白质三维结构数据库的蛋白质、核酸和糖类的三维结构已超过104537套(其中晶体结构92747套)。伦琴（Röntgen）发现X射线（1895年）及其后劳埃（Laue）发现晶体的X射线衍射（1912年），从而开创了晶态物质结构研究的新纪元。1953年Perutz在当时的同晶置换原理上，发现了重原子同晶置换法可以解决生物大分子晶体结构测定中衍射的相位问题，从而X射线晶体衍射分析开始踏

3、上了自己发展的伟大历程。X-raycrystallographyThefirstpublishedobservationofthecrystallizationofaprotein,hemoglobinfromearthworm,wasauthoredbyF.L.HRnefeldin1840;Thefirstx-raycrystallographicstructuralresultsonaglobularproteinmolecule,myoglobin,werereportedbyJohnKendrewi

4、n1957.TheNobelPrizeinChemistry1962"fortheirstudiesofthestructuresofglobularproteins"MaxFerdinandPerutzJohnCowderyKendrew1/2oftheprize1/2oftheprizeUnitedKingdomUnitedKingdomMRCLaboratoryofMRCLaboratoryofMolecularBiologyMolecularBiologyCambridge,UnitedKingdomC

5、ambridge,UnitedKingdomb.1914b.1917(inVienna,Austria)d.1997d.2002在1957年和1959年Kendrew和Perutz分别获得了肌红蛋白和血红蛋白的低分辨率（6Å和5Å）结构，在此期间Watson和Crick共同建立了DNA双螺旋的结构模型。他们的伟大成就为分子生物学奠定了基础。上述4位科学家分别获得1962年度Nobel化学奖和生理或医学奖。从1957年到1967年的十年里，在溶菌酶结构之后，胰凝乳蛋白酶A、核糖核酸酶、核糖核酸酶S和羧肽酶等

6、也分别获得了高分辨率的晶体结构，表明X射线晶体衍射分析已经成为一门成熟的学科。从六十年代末进入七十年代，X射线晶体衍射分析从对生物大分子三维结构测定迈入生物大分子三维结构及其生物学功能之间关系的研究，从而它既是分子生物学研究的有力的重要手段，同时也开始为结构生物学的建立和发展创造着条件。今天的X射线晶体衍射分析已经完全超越单纯晶体结构测定的本身，而是直接瞄准待测结构的生物大分子的功能，瞄准那些与功能紧密联系在一起的生物大分子复合物的晶体结构，如酶与底物(DNA聚合酶—DNA)、酶与抑制剂(溶菌酶-(NAG)

7、)、激素与受体(人3生长激素与其受体)、抗原与抗体(流感病毒神经氨酶-单克隆抗体)、DNA与其结合蛋白(TATAbox与其结合蛋白)等。现在，X射线晶体衍射分析已被应用到测定由许多生物大分子组成的极其复杂的大分子组装体(Macromolecularassembly)的晶体结构，如组成细胞骨架的微管系统(Microtubules)、由200多种不同的蛋白质组成的细菌鞭毛(flagella)和由60个不同的蛋白质分子和3条RNA链组成的分子量高达230万的核糖体等。其中核糖体大亚基的分析已达2.9埃分辨率，是当前

8、X射线晶体结构分析的一个突破。现在，X射线晶体衍射分析已不再满足于静态晶体结构的测定，而追求与生物大分子发挥生物功能相伴随的动态晶体结构的测定。生物大分子及其复合体的结构不是刚性的，而是有柔性的，存在着在不同层次的不同自由度的运动，它们是生物大分子发挥生物功能的基础和条件。另一方面，生物大分子发挥功能的过程就是和其他分子相互作用的过程，也是构象变化的过程．因此生命的结构必然是运动的结