X射线晶体衍射技术.doc

生物秀-专心做生物w w w .b b i o o .c o m 生物秀-专心做生物 w w w .b b i o o .c o m 血红蛋白的X 射线衍射图生物秀-专心做生物w w w .b b i o o .c o m X射线衍射技术 在蛋白质分析中的应用 有些蛋白质像纤维素或尼龙一样，既具有纤维状又具有晶体状：例 如，丝心蛋白、角蛋白（毛发和皮肤里的蛋白质）和胶原蛋白（腱和结 缔组织中的蛋白质）。德国物理学家赫佐格通过显示这些物质能够衍射X 射线，从而证明了它们的结晶度。另一位德国物理学家布里尔分析了衍 射图，从而确定了多肽链中原子的间距。英国生物化学家阿斯特伯里等 人利用X射线衍射进一步了解了多肽链的结构。精确地计算出相邻原子之 间的距离和相邻的键所成的角度。认为：丝心蛋白的链是完全伸展的， 即这些原子间键的角度能够使它们几乎排列在一条直线上。 生 物 w 秀 w w 专 .b 心 bi oo 做 .c 生 om 物 蛋白质三维结构测定 根据蛋白质的状态，测定蛋白质三维结构的方法分为两大类： （1）应用X射线晶体衍射图谱法（X-ray crystallography）和中子 衍射法测定晶体中的蛋白质分子构象；（2）应用核磁共振法 （nuclear magnetic resonance，NMR）、园二色性光谱法、激光 拉曼光谱法、荧光光谱法、紫外差光谱法和氢同位素交换法等测 定溶液中的蛋白质构象。 利用X射线晶体衍射法测定蛋白质分子的构象，结果比较可靠。 但是，与溶液中的构象相比，蛋白质分子在晶体中的构象是静态 的。所以，利用蛋白质晶体不能测定不稳定的过渡态的构象。而 且，很多蛋白质很难结晶，或者很难得到用于结构分析的足够大 的单晶。另外，X射线晶体衍射的工作流程较长。 生 物 w 秀 w w 专 .b 心 bi oo 做 .c 生 om 物 X射线衍射技术 在蛋白质分析中的应用 用X射线衍射晶体结构分析法研究重要生物活性大分子的三维结 构、分子识别和作用机理，属于新兴的化学、生物和物理的交叉 学科，属于结构生物学领域，是当代生命科学领域内一个分重要 的分支，而X射线晶体结构分析是结构生物学最主要的研究手段。 如：研究核糖体失活蛋白（RNA N-糖苷酶）系列，包括天花粉蛋 白及其与一系列底物类似物的复合物以及β -苦瓜子蛋白等和甲醇 脱氢酶系列：包括从三种不同细菌提取的甲醇脱氢酶，这是我国 在国际上首次测定含新型辅基PQQ的酶的三维结构。 甲醇脱氢酶H亚基的三维结构飘带图 生 物 w 秀 w w 专 .b 心 bi oo 做 .c 生 om 物 天花粉蛋白-NADPH复合物的结构 High-Throughput Crystallography and Structure-based Drug Design 生 物 w 秀 w w 专 .b 心 bi oo 做 .c 生 om 物 PROTEUM系统适用于生物大分子结构测定 生 物 w 秀 w w 专 .b 心 bi oo 做 .c 生 om 物 进展 近年来生物大分子X 射线晶体学的研究进展快速, 给大 量确定未知蛋白质的结构创造了良好的条件. 蛋白质结晶一直是X射线晶体学中的瓶颈, 但是，目前, 新型的机器人结晶装置每天可以进行大于100 000 次 的尝试, 高通量的蛋白质结晶已经成为可能。 而且蛋白质晶体收集和转移的条件也已大大改善, 晶体 放置、观测、数据收集等的自动化程度也越来越高。 因此, 在结构基因组学研究中, X 射线晶体学承担了结 构测定的大部分工作。 如:SARS-Pr 复合物,PCR-表达-纯化-结晶-X-ray-结构 2月 (清华 生 物 w 秀 w w 专 .b 心 bi oo 做 .c 生 om 物 X射线衍射研究大分子的局限性 进行X射线衍射谱的分析，通常高纯度的材料是必须的，首先实 验样品应该仔细结晶，去获得高品质的适合X射线衍射研究的晶 体。 即使可以得到合适的结晶，大分子体系结构的测定仍然比小分子 要困难得多。这是因为数目众多的大分子体系结构中的原子结构 确定很困难。 同时对仪器要求的复杂性及数据分析都需要消耗大量的计算时间。 X射线衍射必须在分子固相中进行，由此获得的结构信息可能就 会与分子体系在生物活性状态的情况有所不同。 近年来，科学家们努力地发展建立了结晶学软件，大大加快了蛋 白质结构测定的步伐。以前需要几周甚至几个月才能完成的工 作，现在有可能在几小时到几日内完成。清华大学生命科学研究 中心平均每周可以拿到一个新的蛋白质晶体。 生 物 w 秀 w w 专 .b 心 bi oo 做 .c 生 om 物 生 物 w 秀 w w 专 .b 心 bi oo 做 .c 生 om 物 Thanks! 山东大学医学