直博生核心课程一一新兴学科与前沿技术 第三讲:结构生物学测定与分析 Structure determination and structural analysis 刘威 第三军医大学全军免疫研究所 Te:02368771962 weiliu2013@icloud.com
第三讲：结构生物学测定与分析 Structure determination and structural analysis 刘威 第三军医大学全军免疫研究所 Tel: 023-68771962 wei_liu_2013@icloud.com 直博生核心课程－－新兴学科与前沿技术
§1生物大分子结构测定的三种 主要方法
§1 生物大分子结构测定的三种 主要方法
核磁芸振波电子显撒镜三维重构 (300氡基酸) (150 kDa) X尉繼憂俸所靳 (大小没有崙) 超过88%的分子结构为X-射线晶体衍 射法解析
超过88%的分子结构为X-射线晶体衍 射法解析 核磁共振波谱 (150 kDa) X-射线晶体衍射 (大小没有限制)
-ra diffraction NMR Cryo-EM 优点: 优点: 优点 所测得的结构分辨率高 不需要晶体 可以直接获得分子的形 貌信息,即使在较低分 所能测定的生物大分子的 在溶液状态下测定大分 辨率下,电子显微学也 分子量范围宽 子的结构 可给出有意义的结构信 息 技术的成熟度比较高 测定的结构可以是处于适于解析那些不适合应 应用成本比较低廉 生理环境下的动态构象用射线晶体学和核磁 群,因而能提供大分子共振技术进行分析的样 缺点: 的动态信息 品,如难以结晶的膜蛋 必须先培养出晶体 白,大分子复合体等 缺点: 易同其他技术相结合得 分子在晶体中的堆积往往所能测定的生物大分子 到分子复合体的高分辨 使其被锁定与某一状态, 的分子量范围窄 率的结构信息。 因此X-射线衍射技术目前 仍很难捕捉到分子的动态 应用成本远高于晶体X 缺点: 信息。 射线衍射技术 分辨率低
§2X-射线衍射测定蛋白质结构
§2 X-射线衍射测定蛋白质结构
预备知识:波的物理参数 phase 2 wavelength phase amplitude 2 amplItu 屮(x,yz,t)=W0cOS(kX+ky+k2z-t+中) ψ(r,t)=ψcos(k·r-ot+φo) ψ(r,t)=ψer-otp
预备知识：波的物理参数 ψ(x, y, z, t) = ψ0cos(kxx + kyy + kzz –ωt + ϕ0 ) ψ(r, t) = ψ0cos(kr – ωt + ϕ0 ) ψ(r, t) = ψ0e i(kr – ωt + ϕ0)
预备知识:傅立叶变换( Fourier transformation) 6 10 0 说片就
预备知识：傅立叶变换（Fourier transformation)
预备知识:傅立叶变换( Fourier transformation) →F(k)=f(r)e"ar→ f(r)= F(ke dk
F(k) = f (r) -¥ +¥ ò e ik•r dr f (r) = F(k) -¥ +¥ ò e -ik•r dk 预备知识：傅立叶变换（Fourier transformation)
THE ELECTROMAGNETIC SPECTRUM 面时10101021102101101010111010101 Size of This Perlod 心 wavelength Protein Water Molecule Common INFRARED ILTRAVIDLEI ARD X RAYS MICROWAVES CAM病 A RAYS Sources p上 +M Rad iht Bub Rattinsrtre All Cave TAIS Aado Mochine Demets Frequ (waves per 10103108109101010110121013101410151016101710181019100 Energy of one photon it)1091081071061051041031021011103102103104105105 Radio Microwave Infrared Visible[Ultraviolet[ X-ray Gamma Ray 10 1 10 10 10 10 1010 Wavelength in centimeters About the size of AV
X-Ray(germany, 1895, Wihelm Conrad roentgen) Wavelength M CNo-nnde a4画 Needle No lecu粪tm C来源:当电子突然减速或发生能级越迁 时产生高频电磁波 频率 3x1016Hz 波长:001nm~10nm 能量:>124eV X射线作用于原子中的电子,而非原子核
X-Ray (Germany, 1895, Wilhelm Conrad Roentgen) 来源：当电子突然减速或发生能级越迁 时产生高频电磁波 频率: > 3 x 1016 Hz 波长: 0.01 nm ~ 10 nm 能量: > 124 eV X射线作用于原子中的电子，而非原子核