蛋白质结晶学和X光衍射基础VIP免费

蛋白质结晶学和X光衍射基础分子酶学工程教育部重点实验室郑柏松讲师生物物理学－－生物大分子结构解析授课内容•历史的回顾•X光衍射原理•蛋白质表达、纯化•蛋白质结晶•X光衍射及数据收集•结构解析授课目的•了解生物物理学发展历史与前沿；•掌握蛋白质结晶学和X光衍射基础知识；•开阔视野－－贴近国际一流结构生物学实验室；•培养兴趣－－增强对科研工作的感性和理性认识。蛋白质三维结构测定方法•X-射线晶体学•电子显微学(低温电子显微技术与三维象重构）•核磁共振波谱学1895年德国物理学家伦琴发现X射线并因此获得1901年首届诺贝尔物理学奖，X射线历经110年跨越3个世纪，由于众多学者在探索X射线性质、应用、仪器等方面的创新性研究，先后有29位物理学家、晶体学家、化学家、分子生物学家等分别获得了物理（7项）、化学（9项）、生理学或医学（3项）总计19项诺贝尔奖。历史的回顾1912年劳厄获得了X射线通过晶体后产生的衍射斑点图像（劳厄衍射图），证明了X射线的波动性及其波长范围。随后提出了表示原子排列周期与X射线波长间关系的著名的衍射方程（劳厄方程），并成功地解释了晶体衍射的实验结果。英国物理学家布拉格父子、达尔文等人发展了X射线衍射理论，类比光学反射原理提出了表示晶体结构（晶面间距d）、X射线波长（λ）与衍射方位（）间的关系的布拉格方程，提出了嵌镶晶体、完整晶体和包含有原子热运动诸因素的衍射强度公式，阐明了X射线通过晶体产生衍射的付里叶变换本质，获得了X射线的连续光谱与取决于阴极材料的特征光谱。历史的回顾最终X射线衍射成为有机分子（特别是生物活性分子）立体结构测定的有力工具，为研究生理活性物质（药物分子）的立体结构、结构改造、结构预测、结构－功能关系为目标的有机晶体学科奠定了基础。对于生物大分子的研究，始于30年代中期，贝纳尔和藿奇金开始用X射线衍射方法研究胃蛋白酶的晶体结构，但直到布拉格主持凯文迪实验室后，才使得这一工作取得突破，为创建分子生物学科奠定了基础。1953年沃森和克里克根据X衍射实验数据建立了脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构，并因此获得1962年的诺贝尔生理学和医学奖。历史的回顾肯德鲁和佩卢茨从30年代开始，应用X衍射方法研究肌红蛋白与血红蛋白的晶体结构，历经20多年的艰苦努力，在众多科学家的共同参与下，终于在1960年获得了这两个蛋白质的三维结构，并因此荣获1962年的诺贝尔化学奖。在1957至1967年的10年中，相继用X衍射方法测定了溶菌酶、胰岛素、胰凝乳蛋白酶A、核糖核酸酶、核糖核酸酶S和羧肽酶的高分辨晶体结构。戴森豪菲尔和胡贝尔、米海尔因测定紫色细菌光合作用中心的三维结构而获得1988年的诺贝尔化学奖，形成了新的蛋白质晶体学科与结构分子生物学科。历史的回顾X-射线X射线和可见光一样属于电磁辐射，但其波长比可见光短得多，介于紫外线与γ射线之间，约为10－2到102埃的范围。X光衍射原理X-射线X光衍射原理1.X射线和其它电磁波一样，能产生反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振和吸收等现象。但是，在通常实验条件下，很难观察到X射线的反射。不可能像可见光那样用透镜成像。对于所有的介质，X射线的折射率n都很接近于1（但小于1），所以几乎不能被偏折到任一有实际用途的程度。2.在物质的微观结构中，原子和分子的距离（1～10埃左右）正好落在X射线的波长范围内，所以物质（特别是晶体）对X射线的散射和衍射能够传递极为丰富的微观结构信息。X射线衍射方法是当今研究物质微观结构的主要方法。3.X射线穿透物质时都会被部分吸收,其强度将被衰减变弱；吸收的程度与物质的组成、密度和厚度有关。在此过程中X射线与物质的相互作用是很复杂的，会引起多种效应。例如，可以使气体电离；使一些物质发出可见的荧光；能破坏物质的化学键，引起化学分解，也能促使新键的形成，促进物质的合成；作用于生物细胞组织，还会导致生理效应，使新陈代谢发生变化甚至造成辐射损伤。4.X射线散射的过程又可分为两种，一种是只引起X射线方向的改变，不引起能量变化的散射，称为相干散射，这是X射线衍射的物理基础；另一种是既引起X射线光子方向改变，也引起其能量的改变的散射，称...