蛋白质晶体结构分析及其发展
蛋白质晶体结构解析原理与技术
蛋白质晶体结构解析原理与技术说到蛋白质晶体结构解析，乍一听这名字，可能让人觉得像是在读一篇复杂的科学论文，头脑中一片迷雾。
但其实，搞懂这些东西，就像是打开了微观世界的一扇神奇的大门。
今天，就让我们一起聊聊这门看似高深的技术，看看它如何帮助我们揭开生物分子的神秘面纱。
1. 蛋白质是什么？首先，咱们得明白，蛋白质到底是什么。
简单来说，蛋白质就像是生物体内的小工人，忙着干各种各样的工作。
它们帮助身体建造和修复组织，催化化学反应，还参与免疫系统的工作。
总的来说，蛋白质就是生命活动的主力军，是构建和维持生命的基础。
不过，它们不像小工人那样一目了然，它们的工作是要通过它们的“外观”来了解的。
2. 为什么要解析蛋白质的晶体结构？2.1 揭开神秘面纱那问题来了，为什么我们这么执着于蛋白质的晶体结构呢？想象一下，如果你要修理一台复杂的机器，你首先得了解它的内部结构对吧？同样，想要理解蛋白质的功能，我们就得知道它的“外观”——也就是它的三维结构。
这就像我们看一个立体的模型，能让我们更清楚它的细节和工作原理。
2.2 提升药物研发此外，解析蛋白质结构还有个重要的用途，那就是帮助药物研发。
举个例子，如果我们知道某个蛋白质是怎样工作的，就可以设计出针对它的药物，就像给机器装上更合适的零件一样，这样就能更有效地治疗疾病。
比如说，对抗癌症的药物，很多都是根据蛋白质的结构设计的，真的是医学上的一大突破！3. 蛋白质晶体结构的解析技术3.1 X射线晶体学说到具体的解析技术，最常用的就是X射线晶体学。
这是一种利用X射线通过蛋白质晶体来得到其结构信息的方法。
想象一下，X射线就像是一种“透视眼”，它能穿透蛋白质晶体，并在另一侧形成一个图像。
这个图像可以告诉我们蛋白质的详细结构，就像是在看一张非常精细的立体地图。
不过，想要用这种方法，首先得让蛋白质变成晶体。
这可不是简单的事情。
蛋白质晶体像颗颗小小的冰晶，得经过一系列复杂的步骤才能得到。
这就像是在做一场精密的实验，需要耐心和细心。
蛋白质结构的分析和预测方法
蛋白质结构的分析和预测方法蛋白质是构成生物体质量的基础，具有广泛而重要的生物功能。
研究蛋白质的结构和功能是生物学和药学等领域的重要研究课题。
而蛋白质结构的分析和预测是对蛋白质研究的基础，也是解决人类疾病等领域的重要突破口。
本文将从分析和预测两个方面介绍蛋白质结构的研究方法。
一、蛋白质结构的分析方法1. X射线晶体学蛋白晶体学是最广泛采用的蛋白质结构分析方法之一。
该方法利用X射线探测蛋白质晶体中原子的位置，并通过该信息推断蛋白质的三维结构。
通过X射线晶体学的方法已获得了数万个蛋白质结构，大大提高了蛋白质研究的深度和广度。
2. 核磁共振核磁共振是另一种常用的蛋白质结构分析方法，它利用一个强磁场对蛋白质分子进行瞬时激发，旋转确定的核磁共振信号，通过空间磁场分布的变化揭示分子的三维构造。
此外，核磁共振与分子动力学模拟等计算方法相结合，能够更细致地揭示分子的结构细节，如构象变化、动态性质、生理相关解离构象等。
3. 电镜电子显微镜是一种近期快速发展的方法，它可以在不需要结晶的情况下直接观察蛋白质体系的图像，从而解析它们的立体结构。
这种方法非常适合研究大分子复合物的结构和功能，因为它们相对比较柔软，不太容易得到光学衍射数据。
二、蛋白质结构的预测方法1. 基于结构相似性的预测基于结构相似性的预测是一种利用已知结构的蛋白质来推断其它蛋白质的结构的方法。
这种方法假设结构相似的蛋白质在空间构型上也具有相似性，因此可以通过分析相似结构间的差异性和共性来预测未知结构的蛋白质。
如蛋白质家族、同源模型等就是基于结构相似性预测蛋白质结构的重要手段。
2. 基于能量最小化的预测通过基于物理化学原理设计的力场，在预测过程中能够通过优化相互作用势能最小化的方式，预测蛋白质的结构。
这种方法在预测局部构象、构像变化、蛋白质之间的相互作用以及酶与其底物结合等方面非常重要。
3. 基于模板匹配的预测模板匹配预测是在已知蛋白质结构库中，通过匹配新蛋白质的序列与已知蛋白的结构来预测其结构的方法。
蛋白质的结构解析及其在晶体学中的应用
蛋白质的结构解析及其在晶体学中的应用蛋白质是一类具有非常重要生物学功能的大分子有机化合物。
在生物体内，其扮演着酶、运输分子、免疫分子、结构分子等多种角色。
而在科学研究领域中，蛋白质的结构研究也是一个十分重要的领域。
本文将从蛋白质的结构解析入手，阐述蛋白质在晶体学中的应用。
一、蛋白质的基本组成和结构蛋白质是由氨基酸单元结合而成的巨大分子，通常含有大约100至1000个氨基酸残基。
氨基酸之间通过肽键连接。
而肽键是由氮原子和碳原子上的羧基反应而成，这使得蛋白质在结构上具有了很大的可塑性，可以在空间中具有非常复杂和精密的几何形态。
蛋白质的结构可以分为四个不同层次：原位结构、次级结构、三级结构和四级结构。
原位结构指的是氨基酸排列的线性顺序，通常表示为一条二十个字母的字符。
次级结构指的是蛋白质长链中对于某一段区域的氢键形成的规则结构，例如螺旋和折叠片。
三级结构指的是整个蛋白质的空间构建。
四级结构通常是由多个互相作用的多聚体构成的。
二、蛋白质在晶体学中的应用晶体学是一项非常重要的科学研究领域，负责解析许多有机和无机化合物的分子结构。
而蛋白质结晶研究也是其中的重要方向。
通过晶体学中的X射线衍射技术，可以了解到蛋白质的分子结构。
通过纤维衍射技术，我们还可以了解蛋白质中非晶态的二级和三级结构。
特别是在如何治疗疾病呈关键作用的药物研发领域中，人们对于晶体学研究越发重视，因为药物设计首先需要了解靶蛋白的分子结构。
三、结语蛋白质作为生命活动中起着至关重要的作用的有机化合物，在生物科学、医药研发，甚至是食品安全等领域中扮演着非常重要的角色。
而在晶体学领域中，蛋白质的结构解析和研究是晶体学的核心方向。
相信未来在科学技术的推动下，关于蛋白质结构的研究也会越发深入，为各种领域的研究成果提供更加深入的基础和保障。
蛋白质晶体结构解析
电镜技术
近年来电镜尤其是单颗粒冷冻电镜三维重构 技术旳发展使得人们能够更以便地研究分子 量在 150 kD 以上旳生物大分子，其辨别率 能够到达 3 Å~4 Å。
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专门存储蛋白质和核酸分子构造旳蛋白质数据库中，接近90% 旳蛋白质构造是用X射线晶体学旳措施测定旳。
大约9%旳已知蛋白构造是经过核磁共振技术来测定旳。该技 术还可用于测定蛋白质旳二级构造。
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这个过程能够分为两步： 旋转（rotation）和平移（translation）。 在旋转环节中，将计算并决定已知蛋白与未知蛋白在空间上旳 相对取向。在平移过程中，需要经过计算将已知蛋白构造平 移到与未知蛋白一致旳位置。 其过程如图所示：
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反常散射法 当入射旳光子旳能量足够高旳时候，尤其是射线旳波长接近
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气相扩散技术旳悬滴法 此法是使任何挥发性旳组分在小液滴和大样品池间到达平衡， 使蛋白质液滴中沉淀剂及蛋白质旳浓度逐渐增长，到达过饱和 旳状态，最终析出晶体。
微量透析法 微量批处理法
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2.2衍射数据旳搜集
搜集衍射数据一般是利用单波长旳X射线光束照射在一定角 度范围内旋转旳蛋白质晶体，同步统计晶体对X射线散射旳强度。 这些强度可转换为构造测定中旳构造因子旳振幅。
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2.1蛋白质结晶
利用X射线晶体学测定蛋白质旳三维构造,首先需要得到适合 于构造分析旳蛋白质晶体，其需要满足两个条件:
(1)晶体内部构造要具有有序性，只能是单晶，不能是孪晶，因 为孪晶旳两个晶体旳衍射图样间旳干涉和重叠而无法得到具有 构造本身特点旳衍射图样。 (2)晶体要有一定旳大小和形状，因为晶体衍射线旳强度大致上 正比于晶体旳体积，而反比于相对分子质量旳大小。
质相位信息旳措施。当蛋白质晶体中引入了合适旳重原子后， 就造成该晶体衍射线强度旳差别，从衍射强度旳差别就可能 推导出相位信息。
蛋白质晶体结构解析详细教程
蛋白质晶体结构解析详细教程嘿，大家好！今天咱们来聊聊一个听起来有点高大上的话题——蛋白质晶体结构解析。
这听上去可能有点复杂，但别担心，我会尽量把这事儿讲得简单明了，保证你听完后觉得“哦，原来是这样啊！”蛋白质可是我们身体里干活的小能手，它们参与了几乎所有的生物反应。
要想知道这些小家伙是怎么工作的，晶体结构解析可是一个绝对不可或缺的步骤。
咱们得知道，什么是蛋白质晶体？想象一下，一块块小小的蛋白质分子在一起，像拼图一样组合成一块晶体。
这个晶体可是有点特别，能够帮助科学家们看清楚蛋白质的三维结构。
听起来是不是有点像在侦探故事里找线索？没错，晶体里的每一个角落都藏着蛋白质的秘密。
这可不是随便拼的，得有技巧和方法。
晶体的制作可是个麻烦事儿，得先把蛋白质提取出来。
提取的方法多得是，最常用的就是利用大肠杆菌、酵母或是昆虫细胞。
哎，听起来像个实验室里的大厨，哈哈！提取完蛋白质后，要把它们变成晶体，通常需要用到各种化学试剂和条件，比如盐、pH 值、温度等等。
这一步像调味料，盐放多了，蛋白质可能就不高兴，结果晶体可能就不成了。
晶体长出来了！这一刻简直像看孩子出生一样激动，晶体的大小和形状各不相同，有的像小石头，有的则像小冰块。
晶体长好了，咱们就得用X射线衍射法来分析它们。
听起来有点科幻，但其实就是把X射线照射到晶体上，观察它们的反射图案。
这样一来，科学家们就能推测出蛋白质的三维结构，简直像解密一样。
不过，这个过程可不是一帆风顺。
很多时候，晶体会出现瑕疵，有的甚至根本不成晶体。
这个时候，研究人员就得像个耐心的雕刻家，不断调整条件，试错，直到找到最佳的方法。
这种探索的过程就像是打怪升级，磨练技术，总会有收获。
一旦获得了好的衍射数据，科学家们就要通过计算机进行复杂的数学运算，重建出蛋白质的三维模型。
这个过程就像是在拼乐高，得耐心，一点一点拼出完整的图案。
看到最后的结果，真是让人感动不已，仿佛看到了隐藏在蛋白质中的生命之谜。
蛋白质晶体学研究进展及应用
蛋白质晶体学研究进展及应用近年来，蛋白质晶体学在生物科学中的应用日益广泛，并且取得了很大的进展。
蛋白质晶体学研究主要是从结晶开始，通过晶体的结构分析来研究蛋白质的结构和作用方式。
本文将从蛋白质晶体学的研究方法、研究进展以及应用方面进行阐述。
一、蛋白质晶体学的研究方法蛋白质晶体学是一门多学科交叉的学科，包括生物学、物理学、化学等多学科知识。
蛋白质晶体学的研究方法主要可以分为四个步骤：蛋白质的制备、结晶、晶体成像以及晶体的结构分析。
其中，蛋白质的制备是整个研究的基础，只有获得高质量的蛋白质才能进行后续的结晶和分析工作。
蛋白质的结晶是整个研究的核心，实现高质量晶体的制备对于晶体学研究来说至关重要。
目前，人们已经掌握了很多结晶技术，如溶液结晶、气相扩散结晶、界面结晶等。
结晶过程十分复杂，需要对溶剂、pH值等因素进行调控，才能得到晶体。
同时，这些晶体还需要经过很长时间的优化处理，才能达到高质量的结晶。
晶体成像则是对蛋白质晶体结构的直接观察。
目前，人们可以通过X射线晶体学、电子晶体学、光学显微镜等多种技术进行晶体成像。
其中，X射线晶体学是最常用的成像技术，它可以通过测量X射线的散射模式来分析蛋白质晶体结构。
晶体结构分析是蛋白质晶体学研究的重要环节，通过分析晶体中各个原子之间的相互作用关系，可以推导出蛋白质分子的三维结构。
这项工作通常需要借助高端的计算机技术和复杂的算法来处理众多的数据。
晶体结构分析为研究蛋白质的结构和功能提供了非常有力的工具。
二、蛋白质晶体学的研究进展随着生物科学的发展，蛋白质晶体学的研究也得到了极大的加强。
目前，科学家已经成功地解决了许多重要蛋白质的晶体结构，如转录因子、酶、膜蛋白等。
同时，人们也探索出了很多新的研究方法和技术，如二维晶体学、脂质晶体学等。
这些方法对于研究一些重要蛋白质的结构和功能具有很大的潜力。
在蛋白质晶体学研究中，最具突破性的是X射线自由电子激光技术（XFELs），这项技术可以生成高能量的X射线，并实现非常快速的成像。
蛋白质结晶技术的发展及应用
蛋白质结晶技术的发展及应用蛋白质是构成细胞的基本单位之一，也是许多生物学过程的重要组成部分。
研究蛋白质结构对于理解生物学过程以及开发新药具有重要的意义。
蛋白质结晶技术是研究蛋白质结构的重要方法之一，其发展历程与应用价值备受期待。
一、蛋白质结晶技术的发展历程蛋白质结晶技术的起源可以追溯到20世纪初期。
当时科学家们就开始尝试将蛋白质结晶，并了解蛋白质分子之间的相互作用。
但是由于许多蛋白质结构复杂多样，特别是含有金属离子的蛋白质很难结晶，技术的发展缓慢。
到了20世纪60年代，发展了一种新的结晶策略，将蛋白质溶解在含有结晶助剂的溶液中。
这种策略被称为“溶液结晶法”（sitting drop method）。
然而，这种方法的成功率并不高，并且需要使用大量的蛋白质溶液。
1971年，S. Sheriff等人提出了一种新的结晶方法，即“磷酸盐缓冲液结晶法”（phosphate-buffered saline method），该方法不需要使用大量的溶液，成功率也有所提高。
之后又出现了一系列技术革新，包括磁悬浮、微重力、蛋白质工程等技术的应用，为蛋白质结晶技术的发展注入了新的动力。
二、蛋白质结晶技术的应用领域蛋白质结晶技术在药物研发、生物制药、生物晶体学等领域都有重要的应用。
在药物研发方面，通过分析药物与蛋白质的作用机制，研究药物与蛋白质的相互作用方式，设计出更优的药物分子结构。
例如，阿司匹林就是通过对蛋白质结晶技术的研究，设计出来的一种治疗药物。
在生物制药方面，蛋白质结晶技术可以帮助研究人员了解蛋白质分子的三维结构，进而了解蛋白质的功能和相互作用机制。
这种了解对于生物制药的生产和工艺改进都具有重要意义。
在生物晶体学方面，蛋白质结晶技术用于研究生物大分子的晶体结构和生物学功能，包括蛋白质、核酸、膜蛋白等分子结构的解析，还可以研究生长因子、抗原和酶底物的相互作用。
三、蛋白质结晶技术的发展趋势蛋白质结晶技术的发展始终受到结晶成功率、结晶速度和结晶质量等诸多限制。
蛋白质晶化的机理及其对蛋白结构的影响
蛋白质晶化的机理及其对蛋白结构的影响蛋白质是构成生命体的基本分子之一，蛋白质的结构决定了它的形态和功能。
然而，在研究蛋白质结构的过程中，蛋白质晶化是不可避免的步骤之一。
蛋白质晶化的机理及其对蛋白质结构的影响一直是科学家们关注的焦点。
蛋白质晶化机理的研究是一个复杂而且持续的过程。
晶体的形成取决于结晶前体的固态或液态组合物，以及它在空气中逐渐干燥时的环境和工艺。
在晶体形成过程中，生物分子的结构和功能也可能会发生变化，包括蛋白质的构象或构型变化，和构成它的氨基酸的有序性的改变。
蛋白质晶体的形成需要克服许多困难。
其中一个主要的受限因素是蛋白质溶液的表面张力，这会抵抗晶体的形成。
而且，许多蛋白质溶液可能太浓并且缺乏足够的水来形成均匀的结晶。
研究表明，许多蛋白质在高盐浓度下结晶效果更好，因为盐可以降低溶液的表面张力并帮助结晶形成。
除了表面张力的限制，分子的结构和活性也可能受到晶化过程的影响。
在晶化过程中，溶液的含水量通常会降低，这会使分子之间的电荷相互作用增加。
这种增强的相互作用可能会导致分子之间的重新组合或构象改变，进而影响晶体的形成。
然而，在过去的几十年中，科学家们已经掌握了一些技术和方法来克服这些挑战，并促进蛋白质晶体的形成。
其中之一是通过人工设计结晶试剂来控制结晶环境。
这种方法可以创造出适合于特定蛋白质晶体生长的理想条件，从而解决了许多蛋白质晶化过程中的问题。
蛋白质晶化过程还可以通过冷冻法或强化法来优化。
这些方法通过改变结晶试剂中的化学或物理特性来增加晶体的形成速度。
此外，许多科学家发现，使用抗原结晶性有助于促进蛋白质晶体的形成，这可以通过蛋白质的表面标记来实现。
蛋白质晶体结构的解析对于许多领域的研究都具有重要的意义。
它们可以为药物发现提供重要的信息，因为许多药物与蛋白质的特定结构相互作用。
蛋白质晶体结构的解析还可以为生物学领域的研究提供非常详细和精确的信息，包括蛋白质的机理和功能，以及在生物分子间相互作用和配合形成中的作用。
某种蛋白质的晶体结构分析
某种蛋白质的晶体结构分析近年来，随着生物技术领域的不断发展，蛋白质研究和相关分析技术也在不断提高。
其中，蛋白质晶体结构分析是十分重要的一项技术。
本文将围绕着某种蛋白质的晶体结构分析展开讨论。
一、什么是蛋白质晶体结构分析？蛋白质晶体结构分析是一种通过高分辨率X射线衍射技术来解析蛋白质分子的三维结构的方法。
简而言之，就是把蛋白质样品制成晶体，然后让晶体受到X射线的照射，利用经过晶体反射和繁缩的X射线衍射图案，来得到蛋白质分子的三维构型及空间结构信息。
二、为什么需要蛋白质晶体结构分析？蛋白质是生命体系中的基本分子，具有极其多样的耦和功能。
了解蛋白质的三维结构对于研究其耦和生物功能十分重要。
举个例子，传统的药物研发中，科学家会通过先定位到一个蛋白质的具体区域，然后利用多种方法进行药物设计和优化，最终寻找到一个能够特异性地与目标蛋白质相互作用并起到期望作用的化合物。
然而，药物结合到蛋白质上的有效位点多是依赖于蛋白质的三维结构信息而得出的。
因此，对于蛋白质的晶体结构分析，具有着非常重要的应用价值。
三、蛋白质晶体结构分析的流程在考虑蛋白质晶体结构分析的流程之前，需要先了解一些准备工作。
1. 蛋白质样品制备：蛋白质样品的制备是蛋白质晶体结构分析的关键，一般遵循一些通用步骤，例如：表达，纯化和结晶化。
2. X射线源和探测器：X射线的品质和强度都很重要。
一般使用方法是，使用高品质的同步辐射光源来提供X射线，并使用高灵敏度和高分辨率的面阵探测器来收集相关数据。
接下来是正式的蛋白质晶体结构分析流程：1. 数据采集：用射线照射晶体并收集数据，一般使用的策略是通过改变晶体的记录位置（称之为“旋转”），以覆盖90度范围内的所有角度。
2. 数据处理：将采集到的数据进行处理（即图像提取和数据分析）以获得蛋白质分子的不同空间角度下的衍射图案。
3. 相位计算：使用不同的计算策略计算出衍射数据的掩模相位。
4. 电子密度图做图：根据衍射图案和相位计算结果，绘制出蛋白质分子的电子密度图。
蛋白质晶体结构解析原理与技术
蛋白质晶体结构解析原理与技术大家好，今天我给大家讲解一下蛋白质晶体结构解析的原理与技术。
我们要明白蛋白质是什么？蛋白质是生物体内的一种重要物质，它有很多功能，比如免疫、代谢、运输等。
而蛋白质的结构非常复杂，有成千上万个氨基酸残基通过肽键连接在一起。
那么，这些氨基酸残基是如何排列组合成一个具有特定功能的蛋白质呢？这就需要我们去研究蛋白质的晶体结构。
一、蛋白质晶体结构的解析原理1.1 晶体学基本概念晶体学是研究固体物质结构的科学。
在蛋白质晶体结构解析过程中，我们需要了解一些基本概念，比如晶格常数、晶胞、原子坐标等。
晶格常数是指晶体中相邻原子之间的距离，通常用a表示；晶胞是晶体中的基本单位，它是由一组平行的原子构成的正方形或者长方体；原子坐标是指原子在三维空间中的位置。
1.2 X射线衍射法X射线衍射法是一种常用的研究晶体结构的方法。
它是通过测量入射X射线与晶体中的某一原子发生衍射时的角度来推算出该原子的坐标和晶体的几何形状。
这个过程需要先制作一个标准样品，然后用X射线仪器对这个样品进行扫描，最后根据衍射图谱计算出样品的晶体结构。
二、蛋白质晶体结构的解析技术2.1 差示扫描量热法(DSC)差示扫描量热法是一种用于研究物质热性质的方法。
在蛋白质晶体结构解析过程中，我们可以利用DSC技术来研究蛋白质的热稳定性。
具体操作方法是：将待测样品与已知热稳定性的参考物(如蛋白质的标准品)在同一条件下加热，然后测量两者的温度变化曲线。
通过对比两个曲线的差异，我们可以推测出待测样品的热稳定性以及可能的结构特征。
2.2 元素分析法元素分析法是一种用于测定物质中元素含量的方法。
在蛋白质晶体结构解析过程中，我们可以通过元素分析法来确定蛋白质中的氨基酸种类和数量。
这是因为不同的氨基酸具有不同的化学性质和空间排布方式，从而影响到蛋白质的结构。
通过对不同样品的元素分析结果进行比较，我们可以推测出某些氨基酸在该样品中的比例较高或者较低，从而为进一步的研究提供线索。
蛋白质晶体结构解析
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1. 蛋白质结构解析技术
X射线晶体衍射 X射线晶体学可以通过测定蛋白质分子在晶体中 电子密度的空间分布，在一定分辨率下解析蛋 白质中所有原子的三维坐标。
核磁共振（NMR）核于磁均共一振稳技定术的不、需分要子获量得在生30物kD大以分下子的的生晶物体大,适分用
子溶液，并且能够提供生物大分子的动力学信息
冷冻电子显微技术是近年来兴起的一种获得低分辨率（低于5 埃）蛋白质结构的方法，该方法最大的优点是适用于大型蛋白质 复合物（如病毒外壳、核糖体和类淀粉蛋白纤维）的结构测定。
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2. X射线晶体衍射法 测定蛋白质结构的基本过程
1.蛋白质结晶 2. 数据收集 3. 相位的测定 4. 相位的优化 5. 电子密度图的解释 6. 修正
电镜技术
近年来电镜尤其是单颗粒冷冻电镜三维重构 技术的发展使得人们能够更方便地研究分子 量在 150 kD 以上的生物大分子，其分辨率 能够到达 3 Å~4 Å。
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专门存储蛋白质和核酸分子结构的蛋白质数据库中，接近90% 的蛋白质结构是用X射线晶体学的方法测定的。
大约9%的已知蛋白结构是通过核磁共振技术来测定的。该技 术还可用于测定蛋白质的二级结构。
考虑到已建立的立体化学资料(如键长，键角等)的限制，根 据X射线衍射数据对初始的蛋白质分子模型进行修正。
一套好的衍射数据是晶体结构分析的基础，衍射数据的好 坏直接涉及结果的精密。而一套好的衍射数据又与晶体的好坏、 X射线源的强度以及收集数据的仪器和方法有关。
目前通常采用的X射线源有两类，一类是阳极靶式包括封 闭管式和旋转阳极靶式，另一类是同步辐射X射线源。
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无论哪种形式，都要求X射线源的辐射密度尽量大，即单位面 积的光强大。对同一晶体来说，只要蛋白质对辐射有一定的耐受力 否则在收数据的过程中需要更换晶体，X射线源的强度越高，晶体 的衍射强度也就越大，数据的误差也就越小。各种X射线源的光强 大小关系是：X射线源封闭管的光强最弱,转靶X射线源的强度约为 封闭管的一倍，同步辐射光强约为封闭管的一倍。
蛋白质结晶的条件优化及结构分析
蛋白质结晶的条件优化及结构分析蛋白质是生命体中的重要组成部分，具有极其广泛的生物学功能和生物化学特性，能够发挥比其他生物分子更为复杂和多样化的作用。
对蛋白质结晶的深入研究不仅能够帮助人们更好地了解蛋白质的结构和功能，而且对于新药研发和制药工程的发展也具有重要的作用。
本文将重点探讨蛋白质结晶的条件优化及结构分析相关内容。
一、蛋白质结晶的条件优化蛋白质的结晶是指将蛋白质分子组织成三维晶体的过程。
蛋白质结晶是蛋白质学的一项重要技术，也是蛋白质结构研究的重要手段。
在结晶过程中，选取合适的结晶条件对于获得高质量的结晶体是非常关键的。
以下是一些常用的蛋白质结晶条件优化方法。
（一）缓冲液优化缓冲液的pH值是影响蛋白质结晶的重要因素之一。
因此，为了获得更好的结晶效果，需要选择合适的缓冲液及其浓度、pH值和添加剂等参数进行优化。
在进行缓冲液优化时，需要考虑蛋白质的特性以及溶剂、温度、离子浓度等因素对蛋白质结晶的影响。
（二）添加剂优化添加剂是影响蛋白质结晶的另一个重要因素。
添加剂可以调节结晶溶液中的渗透压、表面张力、水合壳等物理化学参数，从而影响蛋白质结晶的形态和数量。
近年来，很多新型添加剂如多糖、晶核引发剂、表面活性剂等被引入到蛋白质晶体学领域，不仅可以有效改善晶体的质量，同时还可以提高晶体的生长速度和收率。
（三）结晶温度及速率控制蛋白质结晶的生长速度和凝聚程度对结晶质量具有重要影响。
控制结晶温度和速度是影响蛋白质结晶的另一个重要方法。
温度的控制是指设置准确的恒温环境，可以根据蛋白质特性不同，选择适当的结晶温度来进行结晶实验。
速率的控制是指控制晶体的生长速率，可以通过调整晶体生长的过饱和度和晶体生长的物化条件来实现。
二、蛋白质结构分析蛋白质分子的三维结构是其生物学功能的基础，也是药物研发和制药工程的重要依据。
通过蛋白质结晶技术，可以获得高质量的结晶体，从而对蛋白质的结构进行分析和研究，了解其生物学功能和代谢途径。
蛋白质结晶技术的发展
蛋白质结晶技术的发展蛋白质是生物体内的重要组成部分，在生命过程中起到关键的作用。
然而，蛋白质的结构和功能复杂多样，常常需要进行研究和分析。
蛋白质结晶技术是一种将蛋白质溶液逐渐浓缩，使其结晶的技术，得到的结晶样品可以用于X-射线衍射、核磁共振等多种分析方法。
近年来，蛋白质结晶技术得到了迅速的发展，成为生物科学研究的重要工具。
一、蛋白质结晶技术的历史蛋白质结晶技术起源于上世纪30年代。
当时，科学家们还没有充分理解蛋白质的结构和性质，因此结晶过程常常受到许多限制。
20世纪50年代，经过多年的探索和实践，科学家们开始建立起了蛋白质结晶的基本理论和方法。
到了60年代，计算机的出现为蛋白质结晶技术的研究提供了强大的支持。
从此，蛋白质结晶技术开始迅速发展。
二、蛋白质结晶技术的原理蛋白质结晶技术是将蛋白质分子从溶液中选择性地析出，形成晶体，然后用X-射线或其他方法进行结构分析。
蛋白质的结晶过程受到物理化学因素的影响，包括蛋白质的浓度、溶剂的种类和温度等。
在结晶过程中，蛋白质分子会形成多种类型的相互作用，包括疏水性相互作用、静电力和氢键等。
三、蛋白质结晶技术的难点蛋白质结晶技术是一项非常复杂的技术，需要充分考虑蛋白质结晶过程中各种环境因素的影响。
其中，最大的难点是蛋白质的稳定性。
蛋白质在一定的条件下具有很高的稳定性，但一旦受到一些不利的影响，如氧化、变性或聚集，就会失去稳定性，从而无法形成结晶。
因此，研究蛋白质的稳定性和结晶条件是蛋白质结晶技术的重要研究方向之一。
四、蛋白质结晶技术的应用蛋白质结晶技术在生命周期的多个阶段中都具有重要作用。
在基础生物学研究领域，蛋白质结晶技术被广泛应用于蛋白质结构和功能的分析。
在药物研发领域，蛋白质结晶技术可以用于药物大分子的筛选和优化。
此外，蛋白质结晶技术还可以应用于材料科学、环境科学和食品科学等研究领域。
五、蛋白质结晶技术的未来随着科技的不断进步，蛋白质结晶技术也将得到更好的发展。
蛋白质晶体结构解析及药物发现
蛋白质晶体结构解析及药物发现随着科技的日益发展，蛋白质晶体结构解析已经成为了一种十分重要的技术手段。
蛋白质是人体中不可或缺的重要物质之一，它们参与了人体的各种功能，而对于解析蛋白质晶体结构，可以帮助人类更好地理解蛋白质的作用机制，进而研究药物的研发，开展疾病诊断和治疗等方面的工作。
蛋白质晶体结构解析是一种通过X射线晶体学方法求解蛋白质结构的技术手段。
它的基本原理是通过将蛋白质样品制成晶体，让X射线通过晶体，进而在荧屏上形成某种特定的X射线衍射图样。
通过对这个X射线衍射图样的分析，就可以推导出该蛋白质的结构信息。
实际应用中，蛋白质晶体结构解析是一个十分严谨的科学过程，一般需要经过制备晶体、数据收集、数据处理等多个步骤。
其中，制备足够大、足够美观的晶体是蛋白质晶体结构解析的一个主要难点。
为了制备晶体，常见的方法包括热力学法、扩散法、均相法等。
制备好晶体后，再通过X射线衍射方法获取衍射数据，并通过衍射数据还原出完整的蛋白质信息。
通过蛋白质晶体结构解析，我们可以深入地了解蛋白质的结构信息，包括它们的空间构型、化学键型态等。
在研究药物发现方面，蛋白质晶体结构解析可以帮助我们揭示药物与特定蛋白质结构之间的相互作用机制。
例如，某些药物是通过特定的蛋白质通道或者酶口袋来完成其作用的，通过研究药物与蛋白质结构之间的作用模式，我们可以更好地了解药物的使用范围以及副作用等信息。
同时，蛋白质晶体结构解析还可以帮助我们优化药物分子的结构和不规则部分，从而提高药物的稳定性和活性。
总体来说，蛋白质晶体结构解析具有极其重要的科学研究和应用价值。
在未来的实际应用中，它将成为药物发现以及疾病治疗当中的一个十分重要的技术手段。
值得一提的是，在实际工作当中，我们需要充分地发扬团结合作、不断探究的科学精神，从而为整个科学界的进步和人类创造更多的可能性。
蛋白质晶体结构解析原理与技术
蛋白质晶体结构解析原理与技术蛋白质是生命体内的重要组成分子，具有多种功能，包括催化化学反应、传递信号、提供结构支撑等。
了解蛋白质的晶体结构对于揭示其功能机制、设计新药物、改良酶的活性等具有重要意义。
本文将结合蛋白质晶体结构解析的原理与技术，介绍其在生物学研究中的重要性和应用价值。
一、蛋白质晶体结构解析的原理蛋白质晶体结构解析的原理主要基于X射线衍射技术。
当蛋白质形成晶体后，晶胞内的蛋白质分子排列具有一定的规律性，X射线照射晶体后，晶体中的原子会对X射线产生散射。
这些散射光的强度和方向与晶体的结构有关，通过测量这些散射光的强度和方向，可以确定晶体中原子的位置和排列方式，从而得到蛋白质的三维结构信息。
其次，晶体结构解析还需要借助计算机程序进行数据处理、分析和模型建立。
通过倍增散射光的强度和方向数据，结合晶体学原理和数学计算方法，可以推断出晶胞的空间群、晶胞参数和原子的坐标位置，从而建立蛋白质的三维结构模型。
总的来说，蛋白质晶体结构解析的原理是基于X射线衍射技术和计算机程序的结合，通过测量和分析X射线衍射数据来揭示蛋白质的三维结构。
二、蛋白质晶体结构解析的技术1.蛋白质晶体培育技术蛋白质晶体培育是蛋白质晶体结构解析的前提条件，其关键是寻找适合形成蛋白质晶体的条件和方法。
常用的蛋白质晶体培育方法包括蒸发法、扩散法、冷冻法等。
这些方法通过控制蛋白质溶液中物质的浓度、温度、PH值等条件，促进蛋白质分子之间的结合和排列，从而形成蛋白质晶体。
2.X射线衍射数据采集技术X射线衍射数据采集是蛋白质晶体结构解析的关键步骤，其目的是测量晶体衍射光的强度和方向。
现代X射线衍射数据采集技术主要包括单晶衍射和粉末衍射两种方法。
其中，单晶衍射是利用单个蛋白质晶体进行X射线衍射数据的采集，而粉末衍射则是将蛋白质晶体研磨成粉末后进行X射线衍射数据采集。
这些数据将成为建立蛋白质晶体结构模型的重要依据。
3.晶体学图像处理技术晶体学图像处理技术是对X射线衍射数据进行处理和分析的重要手段，其目的是提取衍射图像中的有用信息，进行数据归一化、缩放、合并和增强，最终得到高质量的衍射数据。
生物晶体学中的蛋白质结构解析
生物晶体学中的蛋白质结构解析蛋白质是生物体中重要的大分子化合物，它们除了构成细胞的基础结构外，还能催化化学反应、传递信息、调节代谢等多种生物学过程。
而对于蛋白质的研究，特别是蛋白质的结构，对于我们理解其功能起到至关重要的作用。
生物晶体学就是建立在对蛋白质结构的解析基础上的研究方法之一，本文就从蛋白质结构角度入手，介绍生物晶体学中蛋白质结构解析方面的研究进展。
一、蛋白质的结构特点蛋白质是由一种或多种酸性氨基酸经过共价键连接而形成的长链分子，在链的两端含有自由氨基基团和自由羧基基团。
在生物体内，蛋白质经过折叠和结合等过程形成了三级、四级结构，形成了生物体内多种复杂的功能机构，并且对于蛋白质的折叠和结构生物体内还存在大量的分子伴侣进行着协同调节。
对于蛋白质的三级、四级结构，其稳定性后面通过许多作用力如范德华力、氢键、静电作用等，这些作用力是决定蛋白质结构及其之间相互作用的关键。
因此，蛋白质的结构关系着蛋白质的生物学功能。
二、蛋白质结构解析方法蛋白质结构解析是蛋白质生物学研究的重要手段之一，其主要方法包括X-射线衍射、核磁共振、质谱等方法，其中X-射线衍射是应用最为广泛的方法。
1. X-射线衍射X-射线衍射技术是建立在对物质单晶的研究基础上的，其原理就是利用X-射线穿过物质后，将因为原子的晶格结构而产生的衍射图样进行分析，从而得到物质分子的结构信息。
在蛋白质晶体层面，这项技术可以使蛋白质分子的高分辨率结构得到很好的解析，逐渐成为研究蛋白质结构及其功能的关键性技术，目前已经成功地解析了许多蛋白质的结构。
但是，蛋白质的结晶并不是件容易的事情，蛋白质结晶会受到其生化性质、所添加的原因、环境等多重因素的影响，因此，如何成功地获得蛋白质的晶体是该技术应用的瓶颈。
2. 核磁共振核磁共振是一种能够研究物质的结构与动态信息的采样性无损性检测方法，它可以像X-射线衍射一样解析出蛋白质的结构，但其效果不如X-射线衍射。
在获得蛋白质的结晶有困难的情况下，利用核磁共振依然是一种非常重要的手段。
蛋白质结构实验研究现状及发展趋势
蛋白质结构实验研究现状及发展趋势蛋白质是生命体系中极为重要的分子，它们参与了细胞的组成与功能调控，是生物体内的重要基本结构。
由于蛋白质广泛存在于生物体内，因此对蛋白质结构的研究一直是科学研究的热点之一。
随着科技的发展，蛋白质结构实验研究也取得了长足的进步。
本文将从实验研究现状和发展趋势两个方面，对蛋白质结构实验研究进行探讨。
一、蛋白质结构实验研究现状1. X射线衍射技术X射线衍射是一种常用的蛋白质结构研究方法，利用X射线的散射原理对蛋白质的晶体进行分析，从而得到其三维结构信息。
这种方法已经被广泛运用于蛋白质结构的研究中，对一些蛋白质结构的解析发挥了重要作用。
2. 核磁共振技术核磁共振技术是另一种常见的蛋白质结构研究方法，它通过探测原子核在外加磁场下的共振现象来获取蛋白质结构的信息。
相比X射线衍射技术，核磁共振技术对蛋白质的溶液样品也具有较好的适用性。
3. 电子显微镜技术近年来，随着电子显微镜技术的不断发展，其在蛋白质结构研究中的应用也越来越广泛。
电子显微镜技术能够直接观察到蛋白质的超分子结构，为蛋白质结构的解析提供了重要手段。
4. 质谱技术质谱技术能够对蛋白质的质量和结构进行准确分析，已经成为蛋白质研究中不可或缺的手段之一。
通过质谱技术，可以揭示蛋白质的修饰情况和结构特征，为蛋白质结构实验研究提供了重要支持。
以上几种方法都在一定程度上为蛋白质结构的研究提供了重要技术支持，然而，随着蛋白质研究的深入，这些技术也不断面临着挑战和改进的空间。
接下来，我们将探讨蛋白质结构实验研究的发展趋势。
二、蛋白质结构实验研究发展趋势1. 多技术综合应用随着各种蛋白质结构研究方法的不断发展，将多种技术进行有机结合，综合应用成为未来的发展趋势。
这样不仅能够弥补各种技术的局限性，还能够提高蛋白质结构研究的准确性和全面性。
2. 结构动力学研究除了对蛋白质的静态结构进行研究外，对蛋白质的动态结构也变得越来越重要。
未来的研究将更加注重蛋白质在不同条件下的结构动态变化，这对揭示蛋白质功能和调控机制具有重要意义。
蛋白质晶体学技术的原理和应用
蛋白质晶体学技术的原理和应用蛋白质是构成生命体的基本分子之一，具有极其重要的生物学功能。
为了深入理解这些功能以及开发新的药物，科学家们需要研究蛋白质的结构。
在此过程中，蛋白质晶体学技术发挥了重要作用，它能够将蛋白质分子转化为晶体，进而进行结构分析。
本文将对蛋白质晶体学技术的原理和应用进行介绍。
一、蛋白质晶体学技术的原理蛋白质晶体学技术的主要原理是利用X射线衍射来探测蛋白质分子的空间结构。
当X射线通过蛋白质晶体时，会产生一系列的反射，这些反射会在摄像机上形成一幅图像。
通过对这些图像进行分析，科学家们能够推导出蛋白质分子的空间结构。
为了实现这一目的，科学家们需要进行一系列操作。
首先，他们需要从蛋白质样品中制备出蛋白质晶体。
这通常是通过将蛋白质样品溶解在适当的缓冲溶液中，然后通过一系列的试剂处理形成的。
接着，科学家们需要将蛋白质晶体暴露在X射线束下，以便进行衍射。
然而，蛋白质晶体学技术面临着一系列挑战。
首先，蛋白质晶体的制备过程非常复杂，需要考虑到大量的物理和化学参数。
其次，由于蛋白质分子非常大，所以晶体的分辨率通常很低，需要进行高度优化的数据收集和分析操作。
最后，由于蛋白质晶体反射的数量非常多，因此需要巨大的计算能力来处理数据。
二、蛋白质晶体学技术的应用蛋白质晶体学技术在生物技术领域广泛应用。
其中，最重要的应用之一是药物发现和设计。
通过研究蛋白质分子的结构，我们可以理解其与药物结合的方式，从而设计更有效的药物。
此外，蛋白质晶体学技术还可以用于研究蛋白质的功能和互动方式，以及为生物学研究提供重要的基础知识。
例如，研究人员可以使用蛋白质晶体学技术来研究平滑肌收缩的分子机制。
在这个过程中，科学家们发现肌球蛋白的空间结构会发生变化，此变化导致肌纤维的收缩。
同样，通过研究DNA合成和修复的机制，科学家们可以设计更有效的癌症药物。
此外，蛋白质晶体学技术还可以用于研究季节性流感病毒的结构和功能，以便开发新的预防疫苗。
蛋白质晶体结构解析
电镜技术
近年来电镜尤其是单颗粒冷冻电镜三维重构 技术的发展使得人们能够更方便地研究分子 量在 150 kD 以上的生物大分子，其分辨率 能够到达 3 Å~4 Å。
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专门存储蛋白质和核酸分子结构的蛋白质数据库中，接近90% 的蛋白质结构是用X射线晶体学的方法测定的。
大约9%的已知蛋白结构是通过核磁共振技术来测定的。该技
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2.4相位的优化
从实验数据中得到了结构因子的振幅强度，然后通过各种方法 得到了结构因子的相位，有了振幅和相位就可以通过变化计算出电
子密度图。电子密度图是晶体结构分析的直接结果，它包含了结构
的全部信息。
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溶剂扁平化法是基于误差扰动产生的蛋白质“溶剂”区应该 到处都一样的原理。使用这个方法的关键是要找出蛋白质和“溶 剂”区的交界面，需要预先告知程序晶体的含水量，这样等相关 程序会自动抹平“溶剂”区。这一步骤可通过程序反复多次，直
蛋白质晶体结构解析
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1. 蛋白质结构解析技术
X射线晶体衍射
X射线晶体学可以通过测定蛋白质分子在晶体中 电子密度的空间分布，在一定分辨率下解析蛋 白质中所有原子的三维坐标。
,适用 核磁共振（NMR）核磁共振技术不需要获得生物大分子的晶体 于均一稳定的、分子量在30 kD 以下的生物大分 子溶液，并且能够提供生物大分子的动力学信息
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2.1蛋白质结晶
利用X射线晶体学测定蛋白质的三维结构,首先需要得到适合
于结构分析的蛋白质晶体，其需要满足两个条件:
(1)晶体内部结构要具有有序性，只能是单晶，不能是孪晶，因
为孪晶的两个晶体的衍射图样间的干涉和重叠而无法得到具有 结构本身特点的衍射图样。
(2)晶体要有一定的大小和形状，因为晶体衍射线的强度大体上
蛋白质晶体学的结构解析方法
蛋白质晶体学的结构解析方法蛋白质是生命体系中最为重要的分子之一，它们参与生命体系中的各种过程和反应，包括细胞分裂、代谢、信号传递、免疫反应等等。
了解蛋白质的结构成为了开展生物学研究的重要前提。
蛋白质晶体学作为一种分析蛋白质结构的方法，包括了X射线衍射法、电子衍射法和NEEDS方法等，本文将对这些方法进行介绍。
先来说说X射线晶体学。
早在1912年，德国科学家洪特和弗里德里希·维廉斯发现，通过让X射线射向结晶体，精确定位X射线反射，并测量X射线发射角度和强度，可以得出结晶体的晶体学参数，从而确定分子结构。
这就是现在蛋白质晶体学的基本方法：用X射线照射成蛋白质晶体，通过收集记录X射线衍射结果来进行结构解析。
X射线晶体学方法的优点是精准、灵敏、分辨力高，且有现成的数据分析工具。
但是也存在一些问题，比如需要构建高质量的晶体、晶体中存在多种同构体等。
针对这些问题，近年来发展出一些新的结构解析方法，比如电子衍射和NEEDS方法，下面将进行介绍。
电子衍射是近年来发展起来的一种新的蛋白质晶体学方法，与X射线衍射类似，但相较于X射线具有较小的波长和较高的相干性，所以可以在更小的晶体上进行结构解析。
且电子衍射可以避免晶体旋转时受到的阻力，使得衍射数据更容易收集和整合。
然而，与X射线相比，电子衍射数据精度稍显不足，且受到杂散电子和散射电子的影响较大。
NEEDS方法是通过加强样品的散射信号，从而解决晶体过小、散射弱等问题。
具体的方法是通过衍射信号的周期性重复性，结合样品表面形成有序的结构，从而得到密集散射数据。
此方法不需要高质量的晶体，可以更好地应用于一些难以结晶的样品中。
结构解析方法的多样化为生物学的发展提供了广阔的空间。
蛋白质晶体学是目前最为常用的结构解析方法，也在不断发展创新。
能够通过X射线衍射法、电子衍射法和NEEDS方法来解析蛋白质的结构，为研究生命体系的工作提供了重要基础。
希望从事生物学研究或是对生物学感兴趣的读者，能够在此方面多做研究，为生物医学研究做出更贡献。
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蛋白质晶体结构分析及其发展范海福中国科学院，物理研究所，北京，100080物质的各种宏观性质源出于本身的微观结构。
探索物质结构与性质之间的关系，是凝聚态物理、结构化学、材料科学、分子生物等许多学科的一个重要研究内容。
晶体结构分析，是在原子的层次上测定固态物质微观结构的主要手段，它与上述众多学科有着密切的联系。
就其本身而言，晶体结构分析是物理学中的一个小分支。
这主要研究如何利用晶态物质对X-射线、电子、以及中子的衍射效应来测定物质的微观结构。
晶体结构分析服务于许多不同的学科，因而许多学科的发展都对晶体结构分析产生深刻的影响。
另一方面，晶体结构分析有自己独立的体系，它本身的发展又对所服务的学科起着促进作用。
晶体结构分析是伦琴发现X-射线以后创站的最重要学科之一。
它奠基于物理学的几项重要进展。
其中包括1895年W. C. Roentgen发现X-射线，1912年M. von Laue发现晶体对X-射线的衍射，1927年C. J. Davisson和G. P. Thomson发现晶体对电子的衍射，以及1931年E. Ruska建造第一台电子显微镜。
上述几项重大的物理学进展使人类掌握了在原子层次上研究物质内部结构的手段，它们分别获得1901、1914、1937和1986年的诺贝尔物理学奖。
其中，1901年伦琴获得的诺贝尔奖还是历史上第一个诺贝尔物理奖。
通过研究物质内部结构与性质的关系，晶体结构分析有力地促进了各相关学科的发展。
晶体结构分析的发展，是一个不断完善自身和不断扩大应用的过程。
诺贝尔将的年谱记录了晶体结构分析历史上的重大事件并展示了它与其他学科相互作用所产生的丰硕成果。
晶体结构分析的方法主要有两大类。
这就是以X-射线衍射为代表的衍射分析方法和以电子显微术为代表的显微成像方法。
电了显微成像也可以认为是两上相继的电子衍射过程。
因此，可以说衍射分析是晶体结构分析的核心。
用衍射分析方法测定晶体结构的理论依据，在于晶体结构同它的衍射效应之间存在着互为Fourier变换的关系。
这里说的衍射效应，是指从晶体向各个方向发出的衍射的振幅和相位。
从衍射实验可以记录下各个方向上衍射波的振幅。
但是在目前以及可见的将来，还不容易找到有普遍意义的实用方法来记录由晶体发出的衍射波的相位。
因此要想从衍射效应的Fourier变换解出晶体结构，必须先设法找回"丢失了的"相位。
这就是晶体学中的"相位问题"，它一直是研究晶体结构分析方法的关键问题。
紧接着Laue发现X-射线衍射，Bragg父子(W. H. Bragg和W. L. Bragg) 就迅速建立了用X-射线衍射方法测定晶体结构的实验手段和理论基础。
这使人类得以定量地观测原子在晶体中的位置。
为此他们两人同获1915年的诺贝尔物理学奖。
晶体结构分析最初用于一些简单的无机化合物。
对碱金属卤化物结构的研究导至W. L. Bragg提出原子半径的概念。
不久Bragg又将晶体结构分析应用于研究硅酸盐以及金属和合金。
硅酸盐晶体结构分析的工作为硅酸盐结构化学提供了最早的实验基础，而有关金属和合金的工作则作物理冶金、金属物理、以及相平衡图的研究推上了一个新的台阶，使有关工作深入到原子的层次。
晶体结构分析在研究无机化合物上取得成功，引起人们对有机物尤其是生命物质内部结构的兴趣。
英国从二十年代中期就开始研究有机物晶体结构。
但是过了十年多仍未见有重大的突破。
原因是当时的分析技术和方法还很原始。
于是迎来了三、四十年代晶体结构分析方法和技术大发展的时期。
如前所述，晶体结构分析中所谓"相位问题"。
早期的晶体结构分析用以解决相位问题的方法是所谓尝试法。
其要点是：先根据已尼掌握的线索猜想出一个结构模型，再从这个模型计算出相应的一组理论衍射强度，然后同实验所犁衍射强度作比较并据此对模型进行修改。
上述步骤须经多次反复，直至理论和实验的衍射强度得以吻合。
用这样的"方法"来测定晶体结构，说明科学试验却更像艺术创作。
它显然适应不了测定复杂的晶体结构的需要。
早在二十年代后期，英国的W. L. Bragg和J. M. Cork为解决相位问题分别提出了所谓重原子法和同晶型置换法。
重原子法的大意是：假定晶体中含有少数原子序较大的原子，即所谓重原子，而且它们的位置是已知的，这时就可以计算出重原子对相位的贡献并以此代替由全体原子贡献的相位。
用这样的相位配以由实验测得的衍射振幅就可以近似地计算出一幅代表晶体结构的电子密度图。
同晶型置找法的要点则是如果能够制备出待测晶体的重原子衍生物，而且衍生物的晶体与母体晶体是"同晶型"这时如果已知重原子的位置，就可以根据母体和衍生物两者在衍射强度上的差异来推算相应的衍射相位。
这两种方法后来在一系列有机物以及蛋白质的晶体结构分析中作出了关键性的贡献。
但是它们的诞生后相当长的一段时间里并未发挥很大的作用。
原因是它们都依赖于已知的重原子位置而当时还没有便确定重原子位置的方法。
1934年，美国的A. L. Patterson提出用衍射振幅的平方为系数以计算Fourier级数，从而绕开相位问题。
Patterson指出，这样一个级数是晶体中电子密度分布函数的自卷积，在一定的条件下可以从中提取出有关晶体中原子位置，首先是重原子位置的信息。
这个用衍射振幅平方计算的Fourier级数后来被称作Patterson函数，相应的分析方法称作Patterson法。
经过几年发展之后，Patterson法和以它为基础的重原子法、同晶型置换法等就成了X-射线单晶体结构分析中用以处理相位问题最有效的手段。
再加上实验技术和结构精修技术的改进，晶体结构分析达到了一个机关报的不平并终于打开了有机物和生命物质的大宝藏。
美国L. Pauling领导的小组花了十几年的时间，测定了一系列的氨基酸和肽的晶体结构，从中总结出形成多肽链构型的基本原则并在1951年推断多肽链将形成a-螺旋构型或折叠层构型。
这是通过总结小分子结构规律预言生物大分子结构特征的非常成功的范例。
为此Pauling获得1954年的诺贝尔化学奖。
英国D. Hodgkin领导小组测定了一系列重要的生物化学物质的晶体结构，其中包括青酶素和维生素。
她因此获得1964年的诺贝尔化学奖。
美国W. N. Lipscomb研究硼烷结构化学的工作获得1975年的诺贝尔化学奖。
所有这些获奖工作都是以晶体结构分析为研究手段。
可以说，没有晶体结构分析本身在理论和技术上的长期积累，就不会有上面几个诺贝尔奖。
英国的J. D. Bernal早在三十年代中期就开始用X-射线衍射研究蛋白质的结构。
但是真正取得进展是在W. L. Bragg主持Cavendish实验室之后。
这里还有一段插曲。
原来在E. Rutherford主持下，英国剑桥大学的Cavendish实验室是国际上原子物理学的研究中心。
随着学科的发展、国力的变化、加之剑桥大学本身的局限，及至1938年W. L. Bragg接任时Cavendish的地位已开始下降。
Bragg上任后果断地顺应了形势，主动放弃了"原子物理国际中心"的地位，改而抓住当时物理学上的两项新应用：X-射线衍射分析用于生物以及雷达技术用于天文学。
这一举措使英国得以在创建分子生物和射电天文学上"领导世界新潮流"。
分子生物学发展史上具有划时代意义的发现中，有两项出自Cavendish实验室。
第一项是1953年J. D. Watson和F. H. C. Crick根据X-射线衍射实验建立了脱氧核糖核酸 (DNA) 的双螺旋结构。
它把遗传学的研究推进到分子的水平。
这项工作获得了1962年的诺贝尔生理学和医学奖。
另一项是用X-射线衍射分析方法测定肌红蛋白和血红蛋白晶体结构的工作。
它始于三十年代，前后延续了二十多年并牵涉到为数众多的科学家。
这两个蛋白质的晶体结构终于在1960年被测定出来。
这项工作不仅首次揭示了生物大分子内部的立体结构，还为测定生物大分子晶体结构提供了一种沿用至今的有效方法--多对同晶型置换法。
它以原有同晶型置换法为基础，但是在实验技术和分析理论上都加入了崭新的内容。
作为这项工作的代表人物，J. C. Kendrew和M. F. Perutz获得1962年的诺贝尔化学奖。
看到成就的辉煌，不由得也想起探索的艰辛：1947年，战后的英国，科研经费拮据。
为了给正在从事蛋白质晶体结构分析的J. C. Kendrew和M. F. Perutz寻求资助，W. L. Bragg找到英国医学研究委员分(MRC)。
他告诉MRC的主管："…如果能获得资助，我们的研究结果会有助于在分子层次上了解生命的运作。
不过，即便如此，要想在医学上产生任何一点效益，大概还得有一段很长的时间"。
MRC当时的主管承担了这一风险，建立了一个只包含Kendrew和Perutz两个人的MRC研究小组。
这一慷慨的支持，过了十五年之后才开始得到回报。
顺便说一句：那个MRC小组现在已经变成拥有上百名学者的、世界著名MRC分子生物学实验室。
在Kendrew 和Perutz两人之后由于测定蛋白质晶体结构而获诺贝尔奖的还有美国的J. Deisenhofer和德国的R. Huber和H. Michel。
他们因测定了光合作用中心的三维结构而获得1988年诺贝尔化学奖。
晶体结构分析中的"直接法"走过了一条与Patterson法有所不同的路。
它不象Patterson 法那样由于迫切需要而降临人间并且很快就肩负得任。
1947年，直接法诞生之日正值Patterson法春风得意之时。
许多晶体学家捧着各种晶体的Patterson图而孜孜以求。
他们无意采用另一种方法来改换口味。
但是，在晶体学家当中有一小批人却要弄清衍射分析本身的规律。
他们怀疑：衍射相到底是"丢了"还是我们自己凡胎肉眼视而不见？他们的答案是：没丢，而且就藏在衍射振幅当中。
这样就产生了"直接法"。
它的特点是利用数学方法，在一定的约束条件下，由一组衍射的振幅直接推出它们自己的相位。
起初，由于直接法本身尚不完善，又由于当时采集衍射数据的精度还达不要求，直接法从诞生至六十年代初的十几年间，基本上是纸上谈兵。
以H. Hauptman和J. KKarle为代表的一批人把整个五十年代用于建立直接法的理论体系。
在此基础上，I. L. Karle和J. Karle于1963年和1964年取得了两项重大的突破；解出两个用其他方法不容易解决的晶体结构。
其中包括一个非中心对称结构。
在此之前，人们普遍认为直接法不能用于非中心对称结构。
稍后，M. M. Woofson等人在发展直接法的新算法，并使之标准化和自动化方面，取得了革命性的进展。