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X射线结晶学.txt6宽容润滑了彼此的关系，消除了彼此的隔阂，扫清了彼此的顾忌，增进了彼此的了解。蛋白质结晶

结晶过程是一个将物质如蛋白质变成三维结构晶体以便于研究原子结构的过程。现在，来自伦敦皇家学院和萨里大学（University of Surrey）的科学家发明了一种结晶蛋白质的新技术。这一发明将会加速新药物和治疗方法研制的速度。 晶体的三维结构能够显示出蛋白质的功能。研究人员希望通过了解蛋白质的结构功能来开发出更加有效的疾病治疗药物和疗法。 生物通报道：结晶过程是一个将物质如蛋白质变成三维结构晶体以便于研究原子结构的过程。现在，来自伦敦皇家学院和萨里大学（University of Surrey）的科学家发明了一种结晶蛋白质的新技术。这一发明将会加速新药物和治疗方法研制的速度。晶体的三维结构能够显示出蛋白质的功能。研究人员希望通过了解蛋白质的结构功能来开发出更加有效的疾病治疗药物和疗法。然而，产生高质量的晶体历来都是X单晶衍射的主要瓶颈。随着结构基因组学和蛋白质组学时代的到来，这个问题变得越来越棘手。蛋白质结晶在了解蛋白质结构功能方面具有重要作用，而蛋白质常常是药物的靶标。为了诱导蛋白质形成晶体，研究人员使用了一种叫做结晶核的物质——它能促进蛋白质分子形成一种晶格。研究人员将这些发现公布在Proceedings of the National Academy of Sciences的网络版上。这个由生物医学专家、材料学专家和物理专家组成的研究组创建了一种有关设计一种用于蛋白质结晶的多孔材料的理论，并将之付诸实践。这一理论构建的基础是材料的多孔结构能困住蛋白质分子并促使它们结晶。研究人员使用一种由英国皇家学院的材料专家研制出的物质BioGlass作为困住和促进蛋白质晶体生长的脚手架。BioGlass是一种多孔材料，其上具有不同尺寸的孔穴，因此能困住不同大小的蛋白质。他们发现BioGlass能诱导形成到目前最大的利用一个结晶核形成的蛋白质晶体。研究人员表示，获得一个好的晶体的第一步就是让分子按一定顺序形成晶核。因此找到一种能诱导任何蛋白质结晶的“通用结晶核”则是这个步骤的颠峰。虽然有很多的研究都致力于寻找这种通用结晶核，但是这项研究则是首次设计出一种能在大量的材料上工作的通用结晶核。

X射线结晶学 X-ray Crystallography

生物名词：阐述蛋白质、DNA或其它生物分子的原子水平的三维结构的技术。这种方法的运用是基于首先使纯化的生物分子结晶为有序排列然后用X射线分析结晶体。之所以使用X射线是因为其波长和原子裂解时的波长一样，所以晶体作为分子衍射光栅衍射X射线，产生一种可以获取并分析的衍射图形。然后用计算机重建初始结构。在实际操作中这一衍射图形被反复地不断升高的分辨率处理，结晶学家不断在建立一个模型结构并按该模型计算出的衍射图形与实际观察到的比较。每一次重复都使模型结构与实验结果更加吻合。当这两者之间的差异可以忽略时，这一衍射图形便得到求解。最终的模型提供了被研究分子平均时间上的三维原子水平结构。蛋白靶子的 X射线结晶体结构可以识别蛋白质的功能袋。当与自然或人工配体混合时，可以作为药物设计的有用起始点。蛋白质X射线结构的目录也为蛋白质结构类型、自然状态下的折叠和域提供了有用信息。有时这被称为结构基因组学。

利用晶体的 X射线衍射效应研究晶体的结构及其有关问题的学科。它的奠基人是德国物理学家 M.T.F.von劳厄。1912年他以胆矾为试样﹐首次成功地完成了晶体对X射线衍射的实验﹐并推导出了晶体作为三维光栅的衍射方程﹐即劳厄方程。他的这一成就不仅解决了 X射线本质是什么的问题﹐而且开创了 X射线结晶学这一新领域。1913年﹐英国学者W.L.布喇格提出﹐晶体对X射线的衍射在形式上可视为晶体中原子面对X射线的反射﹐并用其父W.H.布喇格发明的电离室从实验上证实了这一观点的正确性﹐导出了X射线反射存在条件的方程﹐即

著名的布喇格公式。1914年﹐布喇格父子率先测定出了 NaCl﹑KCl﹑金刚石等晶体的结构。他们的工作对X射线结晶学的创建和发展起了巨大的作用。

晶体X射线衍射的方向取决于晶体结构的对称性及其单位晶胞的大小﹔衍射的强度则与单位晶胞中质点的种类及其位置相关。衍射方向和强度这两方面的数据是X射线结晶学研究中的原始依据﹐获得这些数据的实验手段有3种基本方法﹐即劳厄法﹑旋转法和粉晶法。其他如回摆法﹑魏森堡法﹑旋进法等都是由旋转法演化出来的方法。对于衍射线的记录早期大多采用照相技术。由电离室发展而来的衍射仪技术受到重视。到80年代﹐粉晶X射线衍射仪的使用已相当普遍﹐用于结构分析的单晶四圆 X射线衍射仪也开始逐步取代照相方法。特别是计算机技术在晶体X射线衍射研究中的广泛应用﹐使得从衍射数据的自动收集和处理﹑运算﹐一直到结果的显示﹐已可全部由计算机来完成。实验技术的改进也促进了有关理论的深入发展﹐并不断地扩大它们的应用范围。与晶体结构分析一起﹐晶体物相的鉴定﹑晶粒度大小和结晶度的测定﹑晶格缺陷和多晶物质结构的研究等都是 X射线结晶学内容的组成部分。它们广泛地涉及到物质﹑化学﹑地质﹑生物﹑化工﹑冶金﹑建材﹑陶瓷﹑医药等学科领域的课题。

蛋白质及其复合物、组装体完整的三维结构的测定是研究生命活动中分子结构与功能关系，揭示生命现象的物理化学本质的科学基础。蛋白质及其复合物晶体的X－射线衍射是研究生物大分子三维精细结构的最主要的手段之一。在人类基因组全序列测定顺利完成和“后基因组时代”（Post-genome era）到来之际，生命科学的中心任务是揭示基因组的功能,并在此基础上阐明遗传、发育、进化、功能调控等基本生物学问题，以及进一步解决与医学、环境保护、农业密切相关的问题。由于基因的功能最终总是通过其表达产物－蛋白质来实现的，因此，要了解基因组全部功能活动（包括正常的和异常的），最终也必须回到蛋白质分子上来。目前，我们还不可能只用基因组DNA的一维序列预测生命活动的机理(mechanism)和途径 (pathway),也难于仅用基因的信息去解释疾病发生与发展的分子机理。显然，在人类基因组测序完成之后的时代，在有关生命活动整合知识的指导下，以蛋白质及其复合物、组装体为主体的生物大分子的精细三维结构及其在分子、亚细胞、细胞和整体水平上的生物学功能的研究是生命科学的重大前沿课题，也是当前生物学领域中最具有挑战性的任务之一，在后基因组时代生物学发展中处于战略性的关键地位。

蛋白质晶体学是一门十分活跃的边缘学科，60年－1997年之间已经有12名蛋白质晶体学家荣获诺贝尔奖。蛋白质晶体学不仅与生物学、医学有着密切联系,它的发展也需要物理学、化学数学等学科以及计算机科学作为它的基础。蛋白质晶体学也是一门发展很快的年轻学科。从1934年Bernal得到胃蛋白酶单晶衍射照片算起,也仅有66年的历史。但无论从结构测定的方法还是从结构测定所用的仪器都有了飞跃的发展。多对同晶重原子置换法（MIR）的提出，使蛋白质晶体结构分析在方法上有了重大的突破；以后又有了分子置换法（MR）；由于可变波长的同步辐射加速器的应用,近年来又发展了多波长反常散射法（MAD）。随着科学技术的发展, 高速大容量计算机的出现, 在衍射数据的收集方法上经历了一个否定之否定螺旋式上升的发展。从最初的有层线屏的底片法,到以后有计算机控制的逐点收集的衍射仪法, 到目前有各种形式的面探测器,大大加快了衍射数据收集的速度。X-射线光源的强度也有了极大的提高, 第三代同步辐射加速器，结合Laue法的应用, 使晶体学出现了一个崭新的领域，研究时间分辨的动态晶体学。因此, 以一章的篇幅, 把蛋白质晶体学作一个全面完整的介绍,那是很困难的。牛津大学Stuart教授是国际上最著名的结构生物学家之一，笔者聆听过他在牛津大学的“蛋白质晶体学讲座”，他以他多年来在该研究领域成功的经验、独特的手笔介绍了该领域的

基础本概念和最新方法。正因为如此，并征得他本人同意, 本讲义将他的讲稿为主,而不另写（也因为限于笔者的水平）。希望读者建立起对蛋白质晶体学这门发展中的学科的正确的、国际规范化的全新的概念，为此，本讲义还将附加中英文专业术语解释；同时了解当前最新的研究方法，特别是在实际应用中的经验和特别需要注意的问题，这一点与其它同类书籍有着很大的不同，这不但对于正在从事生物大分子晶体结构测定的研究人员也具有极其重要的参考价值，同时可以作为其他相关学科对蛋白质晶体学有兴趣的本科生、研究生和科研人员的入门书。此外，蛋白质结晶学是一个专业跨度较大，同时专业性又非常强的领域, 因此, 本讲义仅仅是试图让大家建立起对蛋白质结晶学这门学科的正确的概念，同时也概括了当前研究中最新的方法以及必要的基本原则。更详细的参考书、有关结构解析的程序包、网页地址、有关国际组织及数据库的分类在讲义的最后部分中列出。