X-ray衍射法解析蛋白质晶体结构 【课件】.pptVIP X-ray衍射法解析蛋白质晶体结构 蛋白质结构解析基本流程 蛋白质晶体结构测定基本步骤 1 结晶 2 数据收集与处理 3 相角测定 4 相角改进 5 电子密度计算和解释 6 修正 蛋白质的结晶 蛋白质结晶原理 蛋白质结晶技术 蛋白质结晶步骤 蛋白质晶体 蛋白质结晶原理 溶液中存在的作用力有疏水相互作用、静电力、氢键作用力等,当吸引力与排斥力达到平衡时溶液处于稳定状态。 当吸引作用增大,或分散的或排斥的相互作用减小时,分子开始趋向与聚集状态。例如在液态环境中,如果生物大分子溶液很浓,没有足够的水维持其溶剂化作用,则分子可能聚集成非晶态沉淀,也可能结晶出来。 蛋白质结晶过程 蛋白质结晶方法 常用的使蛋白质沉淀的方法是加入沉淀剂,这种方法是通过降低水的流动性来增加蛋白质的有效浓度。常用沉淀剂:聚乙二醇(PEG),盐(如硫酸铵)。 另外一种方法:减小蛋白质分子间的排斥力或是增大他们之间的吸引力。如加入有机溶剂,改变溶液的PH,温度等。 蛋白质结晶方法 整批结晶法-该方法的原理是瞬间将沉淀剂加入蛋白质溶液中,使溶液突然达到高度饱和状态。 透析法- 气相扩散法 悬滴法 使用带有空穴的盘子,蛋白质溶液的液滴悬挂在盖玻片的下方,盖玻片覆盖在密封有沉淀剂溶液的空穴上方。盖玻片的表面经过硅化处理以阻止液滴在玻璃表面的铺展。 这种方法是利用气相平衡的原理,使任何挥发性的组分在小液滴和大样品池间达到平衡,使蛋白质液滴中沉淀剂及蛋白质的浓度逐渐增加,达到过饱和状态,最终析出晶体 非常适用于只有少量样品,却要筛选大量条件的情况。 蛋白质结晶步骤 样品准备-纯化 初步筛选 条件优化--以获得质量高的单晶 蛋白质浓度 沉淀剂的特性及其浓度 加入低浓度的一些影响结晶的特异性试剂。 PH值及温度 接种 晶体! 晶体 晶体的X衍射及结构解析 1912年Von Laue, Friedroich及Knipping进行了著名的第一次X射线衍射实验 ,证明了晶体的根本特征——即晶体内部质点在三维空间周期地排列。(衍射原理:将三维阵列作为天然光栅。) 要研究晶体结构,首先要了解其几何性质,包括内部构造、晶面、对称性、空间群、不对称单位等。 结构解析过程 晶体几何性质 点阵、晶胞、格子 对称性 晶面指数 不对称单位 晶体的点阵结构、晶胞、格子 晶胞和晶格 从一个空间点阵结构中一定可以划出一个平行六面体,这一平行六面体称为晶胞。晶胞由晶体空间点阵中3个不平行的单位矢量a,b,c所规定,其大小形状用晶胞参数a,b,c,α,β,γ表示。空间点阵按照确定的平行六面体单位划分后,称为晶格。 晶胞的分类、格子 根据晶胞参数的不同,我们可以划出七种基本晶胞。(每种晶胞根据其所含阵点个数的不同分为:素晶胞和复晶胞(又分为体心、面心和底心晶胞)。 这样,所有的晶胞可分为14种不同的格子类型,称为布拉菲(Bravais)格子。 晶体的对称性 对称理论 几何学把具有对称形象的各个部分叫做等同图形,对称图形就是由两个或两个等同图形构成的,并且很有规律的重复的图形。 对称操作:对称图形中的等同部分通过一定的操作后与原图形重合。这些操作即为对称操作,如:旋转,倒反,反映,平移。 对称素:进行对称动作是所依据的几何素(点、线、面等)。 七种对称操作和对称素 (1)旋转操作―――旋转轴 (2) 反映操作―――镜面 (3) 反演操作―――对称中心 (4) 旋转反演操作―――反轴 (5) 平移操作―――点阵 (6) 螺旋旋转操作―――螺旋轴 (7) 反映滑移操作―――滑移面 旋转操作n―――旋转轴Ln 以一个假想直线为轴,绕此直线旋转一定的角度可使图形相同部分重合。直线称为对称轴,以L表示,分为n重旋转轴,其中n=360/α, α为旋转角度。受点阵结构的限制,晶体中只存在1,2,3,4,6几种旋转轴,用L1, L2 ,L3, L4, L6 表示。 旋转轴—— 1.2.3.4.6重轴 垂直于图形平面方向具有三重对称轴的二维晶格 (每个黑三角表示一个三重轴) 镜面m和倒反操作i 镜面:镜像关系 倒反:类似于相机(凸透镜)等大成像 旋转反演操作―――反轴Lin 旋转+倒反 螺旋旋转操作―――螺旋轴nm 旋转+平移(n为轴次,m为滑移量,m<n) 反映滑移操作―――滑移面g 反映+平移 对称操作与对称素总结 旋转轴,镜面,对称中心,反轴等对应的对称操作至少有一个点不动,称为点操作。与点操作相应的对称素能存在于无限结构中,也能存在于有限的晶体宏观外形中。因此宏观对称素中只有七
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