结构生物学4.pptVIP

第二章 结构生物学的研究方法 生物大分子的计算机模拟 X射线晶体学 电子晶体学与电镜三维重构 多维核磁共振波谱学 各种谱学方法 第二节 X-射线晶体学 概况 几何晶体学与X射线晶体学基本知识 单晶培养 衍射数据收集 结构测定中的几个问题 应用实例 概况 方法特点 分辨率：原子或亚原子分辨率 目前分辨率超过1?的结构有130个（2002年）（最高达0.54?） H原子位置大多难于确定 对分子大小没有限制 要求得到样品的单晶（三维晶体） 测定晶态的分子结构 相位问题 方法和技术手段成熟，向全自动化方向发展 概况 为什么用X-射线？ 概况 X射线晶体结构分析的原理和过程 概况 晶体结构测定的步骤 单晶培养 衍射数据收集 相位的确定 电子密度图的计算和解释 结构模型的修正 概况 其它衍射方法 纤维衍射 如DNA双螺旋结构的发现 小角度X射线散射 研究生物大分子在溶液中的结构信息 分辨率低 中子衍射 单晶中子衍射：H原子位置测定 小角度中子散射：研究溶液中生物大分子复合物的结构 缺点： 需要配合核反应堆使用 中子辐射强度小，需要单晶体积大，数据收集时间长 几何晶体学与X射线晶体学的基本知识 概念： 几何晶体学是研究晶体的外部形态与内部结构的规律的科学 1669年，丹麦学者Nicolaus Steno发现了晶面角守恒定律 到19世纪末，几何晶体学理论基本成熟 X射线晶体学是利用X射线衍射现象来研究晶体结构的科学 1912年，Max von Laue发现晶体的X射线衍射现象 到20世纪中期，X射线晶体学的理论基本成熟 几何晶体学与X射线晶体学基本知识 晶体的点阵结构 对称性、晶系、空间群 晶体的X射线衍射与衍射方向 衍射线的强度 电子密度函数 晶体的点阵结构 什么是晶体？ 点阵 晶胞 单晶、孪晶、多晶、微晶 什么是晶体？ 晶体的外形特征 什么是晶体？ 晶体的内部结构 什么是晶体？ 晶体是由原子（或离子、分子）在空间周期性的排列构成的固体物质，它具有三维空间结构的周期性。 重复周期的大小和数量 小分子晶体：周期为 ~1 nm，对边长1 mm的晶体，周期数可达106 大分子晶体：周期为~10 nm，对边长1 mm的晶体，周期数可达105 估算一颗每边长0.5 mm的蛋白质晶体中含有多少个蛋白质分子 地球上大部分固体物质都是晶体结构 点阵 NaCl的晶体结构与点阵 点阵 将晶体结构中周期重复的那部分结构抽象成一个几何点来代表，这些点在三维空间中按一定的周期重复排列构成点阵，每个点阵点代表的具体内容称为晶体的结构单元。 点阵的性质 每个点阵点都具有相同的周围环境 点阵按照连接其中任意两点的向量平移后都能复原，称为点阵的平移对称性 点阵 直线点阵和平面点阵 晶胞 晶胞是按照晶体结构的周期性划分的平行六面体，是晶体结构的基本重复单位 晶胞的规定：晶轴、晶胞参数 晶胞 晶胞的划分原则 按照特征对称元素划分晶胞 要求划分的晶胞对称性最高， 体积最小 单晶、孪晶、多晶、微晶 单晶：整块晶体基本上为一个空间点阵所贯穿 孪晶：两个或两个以上的同种单晶按一定的对称关系相互结合在一起的晶体 多晶：由许多取向不同、随机排布的小的单晶聚集而成的晶体 微晶：颗粒很小（um数量级），结构的周期性范围很小，只有几十个周期，称为微晶 几何晶体学与X射线晶体学基本知识 晶体的点阵结构 对称性、晶系、空间群 晶体的X射线衍射与衍射方向 衍射线的强度 电子密度函数 对称性、晶系、空间群 对称性、对称操作、对称元素 对称元素的种类 晶系 空间群 对称性、对称操作、对称元素 对称性、对称操作、对称元素 由两个或两个以上的等同部分组成的物体，通过一定的操作后，等同部分相互调换位置，整个物体恢复原状而又不改变任何内部两点间的距离，这种性质称为对称性 使对称物体的等同部分相互调换位置，整个物体恢复原状的操作，称对称操作 对称操作所依据的点、线、面等几何元素，称为对称元素 对称元素的种类 宏观对称元素 旋转轴（n） 镜面（m） 对称中心（i） 旋转反轴（ ） 微观对称元素 平移 滑移面 螺旋轴（ns） ——————————————————————————— ：第一类对称元素，不产生对映体 ：第二类对称元素，产生对映体 晶系 晶体按照宏观对称性可划分成7种类型，称为7个晶系，每个晶系有自己特征的对称元素 与7个晶系相对应，有7种晶胞类型，每种晶胞对晶胞参数有相应的规定 空间群 晶体的点阵结构与各种对称元素