蛋白晶体结构作业
蛋白质结晶的基本过程和技术
蛋白质结晶的基本过程和技术蛋白质结晶是理解和研究生物大分子如何结合成三维构象的关键步骤。
准确地说，结晶过程可以将水溶性蛋白质从溶液中转化为固态结晶结果，这些结晶结果可以用于X射线衍射来解析它们的三维结构，以了解蛋白质在功能和调控方面的关键信息。
但是，蛋白质结晶是一项技术具有挑战性的科研任务，需要涵盖复杂的过程和细节。
在本文中，我们将探讨蛋白质结晶的基本过程和技术。
蛋白质结晶的基本过程理解蛋白质结晶的基本过程是开始进行其研究的关键。
蛋白质结晶的过程通常涉及以下步骤：准备结晶物，生成结晶核心，增长结晶结果，提取结果，并解析结果结构。
在结晶过程中，最重要的可能是准备结晶物。
通常从蛋白质的纯化和清洁开始，以确保结晶溶液中没有杂质，并且蛋白质的纯度足够高。
纯度是至关重要的，因为杂质往往可以阻碍结晶核心的形成，从而阻碍结晶的过程。
接着，在控制的环境条件下，将蛋白质溶液慢慢地吸附到结晶层的表面上，使其中一种类型的蛋白质被引导到结晶核心，从而形成结晶体。
增长结晶时，只有正确的温度、pH值以及结晶液中成分的控制才能促进结晶体的生成。
加强结晶体的生成可以通过原始始物質的逐渐添加、pH值的变化以及其他方法进行。
最后，提取的结晶物质需要使其具有足够的稳定性。
因此，蛋白质溶液与结晶材料的选择是至关重要的。
一个好的结晶溶液可以增加结晶的稳定性并缩短提取时间。
当前，理解和优化结晶条件是继续进行研究的最前沿之一，并积极利用最新的实验和数值模拟技术来实现这一奋斗目标。
蛋白质结晶的技术细节蛋白质结晶是技术内涵极高的过程，需要确保每一个细节都被密切关注。
单从技术的角度出发，每个研究人员都应该非常详细地考虑涉及蛋白质结晶的实验，以及确保其波谱、质谱、SDS-PAGE、流式细胞术等实验技术能够成功并可重复。
当前，有许多技术可以用于蛋白质结晶，主要包括``溶液结晶法、气相扩散结晶法、电化学结晶法等流行的方法。
溶液结晶法是该技术的主流技术，它可以通过调节溶液中的离子浓度、pH和添加混合物的方式来控制蛋白质结晶，这些混合物可以包括多种高分子分子。
第一次作业--静态生化 (1)
第一章蛋白质化学一、选择题1、为获得不变性的蛋白质，常用的方法有（ D ）A 用三氯醋酸沉淀B 用苦味酸沉淀C 用重金属盐沉淀D 低温盐析E 常温醇沉淀2、蛋白质一级结构的主要化学键是( B ) --强调主要A 氢键B 肽键C 盐键D 二硫键3、维持蛋白质胶体稳定性的因素是:( C )A . 水化膜 B. 电荷 C A+B D 以上都不是4、各种蛋白质含氮量很接近，平均为：( C )A 24%B 55%C 16%D 6.25%5、蛋白质不同于氨基酸的理化性质为：( D )A 等电点B 两性电离C 呈色反应D 胶体性6、某一豆类种子5.00克，测得其蛋白氮为0.288克，其蛋白质的含为( D )A 5.76%B 18.0 %C 28.8 %D 36.0 %7、蛋白质的组成成分中，在280nm处有最大吸收值的最主要成分是：AA．酪氨酸的酚环B．半胱氨酸的硫原子C．肽键D．苯丙氨酸8、下列哪一项不是蛋白质α-螺旋结构的特点？BA．天然蛋白质多为右手螺旋B．肽链平面充分伸展C．每隔3.6个氨基酸螺旋上升一圈。
D．每个氨基酸残基上升高度为0.15nm.9、下列哪一项不是蛋白质的性质之一？CA．处于等电状态时溶解度最小B．加入少量中性盐溶解度增加C．变性蛋白质的溶解度增加D．有紫外吸收特性10、下列氨基酸中哪一种不具有旋光性？CA．Leu B．Ala C．Gly D．Ser E．Val11、下列有关蛋白质的叙述哪项是正确的？AA．蛋白质分子的净电荷为零时的pH值是它的等电点B．大多数蛋白质在含有中性盐的溶液中会沉淀析出C．由于蛋白质在等电点时溶解度最大，所以沉淀蛋白质时应远离等电点D．以上各项均不正确12、下列关于蛋白质结构的叙述，哪一项是错误的？AA．氨基酸的疏水侧链很少埋在分子的中心部位B．电荷的氨基酸侧链常在分子的外侧，面向水相C．白质的一级结构在决定高级结构方面是重要因素之一D．白质的空间结构主要靠次级键维持13、下列哪项与蛋白质的变性无关？AA. 肽键断裂B．氢键被破坏C．离子键被破坏D．疏水键被破坏15、下列哪个性质是氨基酸和蛋白质所共有的？BA．胶体性质B．两性性质C．沉淀反应D．变性性质E．双缩脲反应16、蛋白质空间构象的特征主要取决于下列哪一项？AA．多肽链中氨基酸的排列顺序B．次级键C．链内及链间的二硫键D．温度及pH17、蛋白质二级结构的维持键是：（ C ）A 肽键 B. 二硫键 C .氢键 D .共价键18、下列氨基酸制成溶液，在25℃pH=7.00的条件下进行电泳，移向阴极的是（ A ）。
蛋白质纯化与结晶的原理获得蛋白质的晶体结构的第一个
中国试剂网 3.15.2.19蛋白质纯化与结晶的原理获得蛋白质的晶体结构的第一个瓶颈，就是制备大量纯化的蛋白质（>10mg），其浓度通常在10mg/ml以上，并以此为基础进行结晶条件的筛选。
运用重组基因的技术，将特定基因以选殖（clone）的方式嵌入表现载体（expression vector）内，此一载体通常具有易于调控的特性。
之后再将带有特定基因的载体送入可快速生长的菌体中，如大肠杆菌（Escherichia coli），在菌体快速生长的同时，也大量生产表现载体上的基因所解译出之蛋白质。
一般而言纯度越高的蛋白质比较有机会形成晶体，因此纯化蛋白质的步骤就成为一个重要的决定因素。
在取得高纯度的蛋白质溶液后，接下来就是晶体的培养。
蛋白质晶体与其他化合物晶体的形成类似，是在饱和溶液中慢慢产生的，每一种蛋白质养晶的条件皆有所差异，影响晶体形成的变量很多，包含化学上的变量，如酸碱度、沉淀剂种类、离子浓度、蛋白质浓度等；物理上的变数，如溶液达成过饱和状态的速率、温度等；及生化上的变数，如蛋白质所需的金属离子或抑制剂、蛋白质的聚合状态、等电点等，皆是养晶时的测试条件。
截至目前为止，并无一套理论可以预测结晶的条件，所以必须不断测试各种养晶溶液的组合后，才可能得到一颗完美的单一晶体。
蛋白质晶体的培养，通常是利用气相扩散法（Vapor Diffusion Method）的原理来达成；也就是将含有高浓度的蛋白质（10～50mg/ml）溶液加入适当的溶剂，慢慢降低蛋白质的溶解度，使其接近自发性的沈淀状态时，蛋白质分子将在整齐的堆栈下形成晶体。
举例来说，我们将蛋白质溶于低浓度（~1.0M）的硫酸铵溶液中，将它放置于一密闭含有高浓度（~2.0M）硫酸铵溶液的容器中，由气相平衡，可以缓慢提高蛋白质溶液中硫酸铵的浓度，进而达成结晶的目的。
蛋白质晶体在外观上与其他晶体并无明显不同之处，但在晶体的内部，却有很大的差异。
一般而言，蛋白质晶体除了蛋白质分子外，其他的空间则充满约40%至60%之间的水溶液，其液态的成分不仅使晶体易碎，也容易使蛋白质分子在晶格排列上有不规则的情形出现，造成晶体处理时的困难及绕射数据上的搜集不易等缺点。
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。
晶体x衍射技术解析蛋白质结构的一般流程
英文回复：Crystal—diffusion technology is an important scientific research method and is of great importance for the dposition of protein structures。
The atomic grade structure of the protein can be accurately determined through crystal—diffusion techniques，leading to a better understanding of its function and biological significance。
The general processes of crystal—diffusion techniques include crystal breeding， data acquisition， data processing and structural modelling。
There is a need for protein crystals， often of high quality through crystal screening and optimization。
Data collection of protein crystals is carried out using X—ray crystal—diffusion instruments， resulting indift images。
This is followed by the processing and analysis of distillation data using specialized data—processing softwareand the acquisition of electronic density maps。
2022化学新高考(双选版)课时作业(三十四) 晶体结构与性质
课时作业(三十四)晶体结构与性质1．如图是a、b两种不同物质的熔化曲线，下列说法中正确的是()①a是晶体②a是非晶体③b是晶体④b是非晶体A．①④B．②④C．①③D．②③A[晶体有固定的熔点，由题图分析可知，a一直在吸热但中间有一段温度不变，这段对应的温度就代表此晶体的熔点；由b曲线可知，物质温度一直在升高，没有固定的熔点，因此b为非晶体。
]2．下列晶体分类中正确的一组是()选项离子晶体原子晶体分子晶体A．NaOH Ar SO2B．H2SO4石墨SC．CH3COONa 水晶D．Ba(OH)2金刚石玻璃C[A项中固态Ar为分子晶体；B项中H2SO4为分子晶体、石墨是混合型晶体；D项中玻璃是非晶体。
]3．下列数据是对应物质的熔点(℃)：BCl3Al2O3Na2O NaCl AlF3AlCl3干冰SiO2－107 2 073 920 801 1 291 190 －57 1 723A．铝的化合物的晶体中有的是离子晶体B．表中只有BCl3和干冰是分子晶体C．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体B4．下列变化需克服相同类型作用力的是()A．碘和干冰的升华B．Na2O2和C60的熔化C．氯化氢和氯化钾的溶解D．溴的气化和NH4Cl加热分解A[碘和干冰的升华克服的都是分子间作用力，A项正确；Na2O2和C60的熔化分别克服的是离子键和分子间作用力，B项错误；氯化氢和氯化钾的溶解分别克服的是共价键和离子键，C项错误；溴的气化克服的是分子间作用力，NH4Cl分解破坏的是离子键和共价键，D项错误。
]5．下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是()A．熔点：NaF>MgF2>AlF3B．晶格能：NaF>NaCl>NaBrC．阴离子的配位数：CsCl>NaCl>CaF2D．硬度：MgO>CaO>BaOA[由于r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)，且Na＋、Mg2＋、Al3＋所带电荷依次增大，所以NaF、MgF2、AlF3的离子键依次增强，晶格能依次增大，故熔点依次升高。
蛋白质晶体结构解析
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 到计算电子密度图的相位收敛为止。
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这个过程可以分为两步： 旋转（rotation）和平移（translation）。 在旋转步骤中，将计算并决定已知蛋白与未知蛋白在空间上的 相对取向。在平移过程中，需要通过计算将已知蛋白结构平 移到与未知蛋白一致的位置。 其过程如图所示：
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2.3.3反常散射法 当入射的光子的能量足够高的时候，尤其是射线的波长接近
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2.5电子密度图的解释
相位确定后，可开始计算电子密度图。若从电子密度图能跟 踪出肽链走向和分辨出二级结构，如基于高分辨率的数据。(通 常这意味着衍射数据的分辨率至少达到0.35 nm)，则可能推出多 肽链的三维折叠方式。进而根据氨基酸序列，就可能构建出原子 坐标形式的蛋白质结构模型。
2.6 修正
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。
除此之外，还要求X射线的发散度尽量小，这一点上同步辐射 同样优于阳极靶式的X衍射仪。X射线源出来的射线经过单色器滤 波片和准直器后，就可以得到单波长的X射线直线光束。
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有了准备好的蛋白质晶体和单波长的X射线直线光束，就可以记 录衍射数据了，数据收集方法主要有衍射仪法、回摆法、白光辐射法。
生物化学(第三版) 第五章 蛋白质的三维结构课后习题详细解答 复习重点
第五章蛋白质的三维结构提要每一种蛋白质至少都有一种构像在生理条件下是稳定的，并具有生物活性，这种构像称为蛋白质的天然构像。
研究蛋白质构像的主要方法是X射线晶体结构分析。
此外紫外差光谱、荧光和荧光偏振、圆二色性、核磁共振和重氢交换等被用于研究溶液中的蛋白质构像。
稳定蛋白质构像的作用有氢键、范德华力、疏水相互作用和离子键。
此外二硫键在稳定某些蛋白质的构像种也起重要作用。
多肽链折叠成特定的构像受到空间上的许多限制。
就其主链而言，由于肽链是由多个相邻的肽平面构成的，主链上只有α-碳的二平面角Φ和Ψ能自由旋转，但也受到很大限制。
某些Φ和Ψ值是立体化学所允许的，其他值则不被允许。
并因此提出了拉氏构像，它表明蛋白质主链构象在图上所占的位置是很有限的（7.7%-20.3%）。
蛋白质主链的折叠形成由氢键维系的重复性结构称为二级结构。
最常见的二级结构元件有α螺旋、β转角等。
α螺旋是蛋白质中最典型、含量最丰富的二级结构。
α螺旋结构中每个肽平面上的羰氧和酰氨氢都参与氢键的形成，因此这种构象是相当稳定的。
氢键大体上与螺旋轴平行，每圈螺旋占3.6个氨基酸残基，每个残基绕轴旋转100°，螺距为0.54nm。
α-角蛋白是毛、发、甲、蹄中的纤维状蛋白质，它几乎完全由α螺旋构成的多肽链构成。
β折叠片中肽链主链处于较伸展的曲折（锯齿）形式，肽链之间或一条肽链的肽段之间借助氢键彼此连接成片状结构，故称为β折叠片，每条肽链或肽段称为β折叠股或β股。
肽链的走向可以有平行和反平行两种形式。
平行折叠片构象的伸展程度略小于反平行折叠片，它们的重复周期分别为0.65nm和0.70nm。
大多数β折叠股和β折叠片都有右手扭曲的倾向，以缓解侧链之间的空间应力（steric strain）。
蚕丝心蛋白几乎完全由扭曲的反平行β折叠片构成。
胶原蛋白是动物结缔组织中最丰富的结构蛋白，有若干原胶原分子组成。
原胶原是一种右手超螺旋结构，称三股螺旋。
弹性蛋白是结缔组织中另一主要的结构蛋白质。
蛋白质结构解析
晶体结构解析过程11：分子置换法使用condition：目标蛋白A有同源1蛋白结构B，同源性30%以上。
用到的软件及程序：HKL2000，CCP4，COOT，Phenix，CNS。
解析过程：收集数据（X-RAY）--> hkl2000 处理数据--> 置换前数据处理分子置换（ccp4Molecular Replacement--MR）-->COOT手工修正，氨基酸序列调换-->phenix refine--coot 手工修正phenix refine。
__拉氏构象图上outlier为0为之，且R-free，R-work达到足够低的值。
-->phenix 加水refine（溶剂平滑）。
（若修正过程中有bias 最好也用CNS修正一下）2：同晶置换法--硒代蛋白使用condition：目标蛋白没有同源结构。
用到的软件及程序：HKL2000，CCP4，COOT，Phenix，CNS。
解析过程：收集数据（X-ray 硒代蛋白及母体蛋白）--> hkl2000处理数据-->ccp4 程序包搜索搜索硒信号（gap），相位确定-->搭模--->以硒代数据得到的pdb为模型和母体高分辨数据得到的mtz进行分子置换--> 后面修正过程与分子置换相似。
各步骤介绍：（1）hkl2000：将x-ray 收集的图像编译转化为数字信息，得到的关键文件有.sca和.log ，log文件会给出hkl2000 处理的过程记录，sca文件是最终处理的输出文件。
sca文件包含晶体的空间群等信息。
带有可以被转化为电子密度图的信息。
评价hkl2000处理是否成功的参数有数据完整度，最高分辨率等，一般希望处理出在完整度允许的情况下最高分辨率的数据。
分子置换前处理：ccp4 软件包a. data reduction，即将sca文件转换为mtz文件。
用imported integrated data。
蛋白-蛋白对接教程(ICM-Docking)
ICM-Pro进行蛋白-蛋白对接研究前言本实验以枯草杆菌蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的复合物晶体结构（PDB code：2sni）为例，将其中的配体分子（PDB code：2ci2）对接到受体分子（PDB code：2st1）中，比较对接构象与复合物晶体结构中配体的位置和构象，熟悉蛋白-蛋白对接操作流程。
一、准备工作1.打开ICM-Pro软件2.File>>open读入2ci2.pdb（配体分子），2st1.pdb（受体分子）和2sni.pdb（复合物，用作对照）的晶体结构，进行观察分析。
（或直接搜索）3.观察完成后，在相应的分子点击鼠标右键选择Convert PDB，将这三个PDB分子都转换为ICM-pro软件默认格式（ICM objects），点击OK。
4.单击菜单栏Docking>>Protein-protein>>Legacy Protocol>>Set Project，输入Project的名称（eg. DOCK1），给此次对接工作命名。
二、蛋白-蛋白中受体设置1.菜单栏Docking>>Protein-protein>>Legacy Protocol>>Receptor setup，输入Project名称DOCK1，指定受体分子a_2st1.m（如果想包含所有的分子如钙离子等，也可以选择a_2st1.*），点击OK。
三、蛋白-蛋白中配体设置1.菜单栏Docking>>Protein-protein>>Legacy Protocol>>Ligand setup，输入Project名称DOCK1，指定配体分子（eg. a_2ci2.i），点击OK。
四、蛋白表位选择（此步操作非必需，视具体情况选择）蛋白-蛋白可能的结合位点可通过查阅实验数据、参考复合物晶体结构信息或软件预测得到，然后在受体上选择感兴趣的点作为对接起始点，以缩小对接时结合位点的搜索范围。
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。
生物药品的蛋白质晶体学研究与结构解析考核试卷
B.评估蛋白质的稳定性
C.指导药物设计
D.蛋白质表达
6.以下哪些情况下可能导致蛋白质晶体结构解析困难？（）
A.晶体质量差
B.数据收集不充分
C.蛋白质结构复杂
D.晶体生长速率过快
7.以下哪些方法可以用于蛋白质晶体的表征？（）
A.旋光测定法
B. X射线粉末衍射
C.核磁共振
D.电子显微镜
8.蛋白质晶体生长的常用方法包括哪些？（）
A.悬滴法
B.沉淀法
C.液滴法
D.温度梯度法
9.以下哪些因素会影响蛋白质晶体的X射线衍射质量？（）
A.晶体大小
B.晶体对称性
C.晶体内部结构
D.衍射仪的精度
10.在蛋白质晶体结构解析中，以下哪些软件可以用于数据处理？（）
A. CCP4
B. SHELX
C. COOT
7.在蛋白质晶体结构解析过程中，以下哪个步骤是确定蛋白质原子坐标的关键步骤？（）
A.索引晶体
B.数据收集
C.精修
D.模型构建
8.以下哪个方法通常用于评估蛋白质晶体的结晶度？（）
A.旋光测定法
B. UV-Vis光谱法
C. X射线粉末衍射法
D.比重法
9.在生物药品的蛋白质晶体学研究中，以下哪个方面的研究对药物设计具有重要意义？（）
B.电子显微镜
C. X射线粉末衍射
D.紫外可见光谱
19.在蛋白质晶体结构解析中，以下哪些情况可能导致解析失败？（）
A.晶体质量差
B.数据收集不充分
C.晶体空间群未知
D.晶体生长速率过慢
20.以下哪些研究方法可以用于探究蛋白质晶体的相变过程？（）
蛋白晶体学与生物大分子结构解析
蛋白晶体学与生物大分子结构解析生物大分子结构解析是现代生物学研究的重要方向，其在药物研发、重大疾病治疗以及新材料开发等方面都具有重要的应用价值。
而在生物大分子结构解析中，蛋白晶体学则是一项举足轻重的技术。
本文将从蛋白晶体学的基本原理与技术、应用以及未来发展方向等方面进行探讨。
一、蛋白晶体学的基本原理与技术蛋白晶体学是一种探究蛋白质分子结构的技术，其基本原理是利用蛋白质分子经过特定条件下的结晶，借助X射线衍射等技术手段，解析其三维结构。
蛋白质分子的结晶是整个过程中的关键，只有获得适合晶体学研究的大量结晶，才能获得高分辨率的衍射图谱，从而真正解析出蛋白质的三维结构。
在蛋白质结晶技术中，有许多因素会影响结晶成果。
孢子的选取、缓冲液的配制、添加辅助结晶试剂以及晶体生长器等都是具有重要实验设计意义的因素。
另外，近年来利用基因工程技术生产纯种蛋白质，以及结合多样化的结晶试剂、配方的开发，也为蛋白晶体学的发展带来了新的机遇。
二、应用蛋白晶体学在许多应用领域都具有不可替代的优势，比如药物研发、生命科学基础研究、生物技术产业等。
在药物研发方面，药物分子与生物大分子相互作用是药物治疗的基石。
通过深入了解生物大分子的结构以及药物分子与其结合的方式，可以为药物研发提供更加精确的方向和策略。
此外，许多疾病的治疗也是基于特定蛋白质的结构与功能作为靶点来进行的，蛋白晶体学在该方向的研究中也具有极高的应用价值。
在生命科学基础研究中，蛋白晶体学的应用可以深入研究生物大分子的结构、功能和相互作用等诸多方面，为生命科学领域的探索提供新的思路和方法。
在基础研究的过程中，更深入了解生物大分子的结构与功能，可以为未来的药物研发提供基础和支持。
在生物技术产业中，蛋白晶体学的应用主要体现在蛋白质药物研发、乳品大力产业、酶及底物的开发等诸多方面。
随着自由基X射线激光技术的发展，蛋白质分子结晶的速度及质量也将得到显著提高，未来蛋白晶体学将会在生物技术产业中发挥更加广泛的作用。
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
2023年高考化学---晶胞结构的分析与计算课后作业练习(含答案)
2023年高考化学---晶胞结构的分析与计算课后作业练习（含答案）1．(2021·济南模拟)(1)某种氮化铝晶体属六方晶系，晶胞结构如图所示。
晶体内与氮原子距离最近且相等的铝原子的数目是________，若晶胞参数为a pm 、a pm 、c pm ，则氮化铝晶体的密度为________g·cm －3(用代数式表示，N A 为阿伏加德罗常数的值，sin 60°＝32)。
(2)汞钡铜氧晶体的晶胞如图A 所示，通过掺杂Ca 2＋获得的具有更高临界温度的超导材料如图B 所示。
汞钡铜氧晶体的密度为________g·cm －3(设N A 为阿伏加德罗常数的值)。
图A 晶胞中钡离子的分数坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫12，12，1＋x 2和________。
掺杂Ca 2＋所得超导材料的化学式为________________。
解析：(1)由题图可知Al 配位数为4，晶胞中Al 原子数目＝1＋8×18＝2；N 原子数目＝1＋4×14＝2，故二者配位数相同为4，即晶体内与氮原子距离最近且相等的铝原子的数目是4；晶体密度＝2×27＋14N Ag÷(a ×10－10 cm ×a ×10－10 cm ×sin 60°×c ×10－10 cm)＝1.64×10323a 2cN A g·cm －3。
(2)根据汞钡铜氧晶体的结构可知，晶胞中Hg 有8×18＝1个、Ba有2个、Cu 有4×14＝1个、O 有8×14＋4×12＝4个，其密度为ρ＝N ×M N A ×V ＝6.02×1032a 2cN Ag·cm－3，图A 晶胞中钡离子的分数坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫12，12，1＋x 2和⎝ ⎛⎭⎪⎫12，12，1－x 2，根据掺杂Ca 2＋所得超导材料的结构可知，晶胞中含有1个Ca 、1个Hg 、2个Ba 、2个Cu 、6个O ，化学式为HgBa 2CaCu 2O 6。
蛋白晶体结构作业任务
生物大分子结构与功能1、什么叫晶体衍射的结构因子？结构因子F与晶体衍射的衍射点的强度I有什么关系？结构因子是定量表征原子排布以及原子种类对衍射强度影响规律的参数，即晶体结构对衍射强度的影响因子。
晶体X光衍射强度与几何结构因子的平方成正比2、什么叫傅里叶变换？用公式说明为什么说蛋白质晶体的电子密度与晶体衍射的结构因子互为傅里叶变换与反变换的关系？The Fourier transform is a mathematical operation that decomposes a function into its constituent frequencies, known as a frequency spectrum. The term "Fourier transform" refers to both the transform operation and to the complex-valued function it produces.结构因数同电子密度分布函数之间存在着傅里叶变换的关系：由傅里叶变换公式得：for every real number ξ.When the independent variable x represents time (with SI unit of seconds), the transform variable ξ represents frequency (in hertz). Under suitableconditions, ƒ can be reconstructed from by the inverse transform:for every real number x.晶体对X射线的衍射是一种傅里叶变换，把正空间的电子密度变换为倒易空间的衍射强度。
3、什么叫两个函数的卷积（convolution）？两个函数的卷积的傅里叶变换与这两个函数的傅里叶变换有什么关系？In mathematics and in particular functional analysis, convolution is a mathematical operation on two functions f and g, producing a third function that is typically viewed as a modified version of one of the original function.两函数的傅里叶变换的乘积等于它们卷积后的傅里叶变换。
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蛋白晶体结构作业生物大分子结构与功能1、什么叫晶体衍射的结构因子？结构因子F与晶体衍射的衍射点的强度I有什么关系？结构因子是定量表征原子排布以及原子种类对衍射强度影响规律的参数，即晶体结构对衍射强度的影响因子。
晶体X光衍射强度与几何结构因子的平方成正比2、什么叫傅里叶变换？用公式说明为什么说蛋白质晶体的电子密度与晶体衍射的结构因子互为傅里叶变换与反变换的关系？The Fourier transform is a mathematical operation that decomposes a function into its constituent frequencies, known as a frequency spectrum. The term "Fourier transform" refers to both the transform operation and to the complex-valued function it produces.3、 什么叫两个函数的卷积（convolution ）？两个函数的卷积的傅里叶变换与这两个函数的傅里叶变换有什么关系？In mathematics and in particular functional analysis, convolution is a mathematicaloperation on two functions f and g, producing a third function that is typically viewed as amodified version of one of the original function. 两函数的傅里叶变换的乘积等于它们卷积后的傅里叶变换。
It also works the other way around:4、 为什么说晶体的电子密度是晶体里一个晶胞的电子密度与该晶体的晶格的卷积？5、 用两个函数的卷积的傅里叶变换的性质推导晶体的X 射线衍射的结构因子与晶体里一个晶胞的X 射线衍射的结构因子的关系。
I hkl =|F hkl |2.I e若亚晶块的体积为V C ，晶胞体积为V 0，则：N=V C /V 0这N 个晶胞的HKI 晶体衍射的叠加强度为：考虑到实际晶体结构与之的差别，乘以一个因子，，则可得：6、为什么通常用同晶置换法解蛋白质晶体结构时需要至少两个重原子衍生物？同晶置换法需要制备同晶型的重原子衍生物﹐即在不会改变分子和晶体结构的情况下﹐在晶体中引入一种较重的金属原子。
这些金属原子在晶体中以和其它原子相同的周期重复规律排列。
它们对于 X射线的散射仅影响晶体的衍射强度﹐而不改变衍射方向。
这时重原子的结构振幅可由衍生物与天然晶体衍射强度的差值求得。
由于晶体中引入重原子的数目有限,我们可以采用别的办法(例如帕特逊函数法)来确定它们的位置,进而可以计算重原子的结构因子。
如果能有两个以上同晶型的衍生物﹐就可利用矢量三角形法则求得天然晶体的相位﹐因而也就可以解出这种晶体的结构。
这种方法称为多对同晶置换法。
当晶体中重原子的吸收边接近入射 X射线的波长时﹐重原子内层的约束电子对于入射线会有很强的散射作用﹐称为反常散射。
此时晶体衍射强度的中心对称定律不再成立,即| |≠| |。
这就相当于使用一种晶体收集两套衍射强度数据。
其效果等于有了两个同晶型的衍生物。
因此可以采用类似同晶置换的办法解出晶体结构。
这种方法称为反常散射法。
许多蛋白质分子是由相同或相似的亚基组成的﹐它们之间具有结构的相似性。
对于那些结构相同或相似的蛋白质分子﹐如果得到晶型不同的晶体﹐那么它们在不同晶胞中的差异在于空间处向以及排布方式不同。
另外﹐即使在一种晶胞的晶体学不对称单位内﹐也可存在相同或相似的亚基结构。
它们之间存在非晶体学的对称关系。
因此可以通过旋转变换和平移变换的办法﹐使得这些相同或相似的结构重合。
这样﹐如果已知一个结构﹐就可结合晶体学的结构修正方法求得另外一个未知的结构。
这种方法称为分子置换法。
7、什么叫Figure of Merit? Figure of Merit 越高或越低代表什么含义？A figure of merit is a quantity used to characterize the performance of a device, system or method, relative to its alternatives. In engineering, figures of merit are often defined for particular materials or devices in order to determine their relative utility for an application.在电子学中叫品质因数或Q值。
越高表示性能（具体哪方面性能需要根据其定义来看）越好。
？8、什么叫RmergeR merge代表分辨函数的指标。
R merge=|I (k)-I|/I (k), where I (k) is value of the kth measurement of the intensity of a reflection, I is the mean value of the intensity of that reflection and the summation is the overall measurements.9、什么叫晶体结构修正的R factor？什么叫晶体结构修正的free Rfactor？蛋白质的起始模型，常由于相角的解不够完美，使计算出来的电子密度图产生误差，误导模型的走向，因此需要做进一步的改善，称为修正(refinement)。
修正的目的在于进行立体化学(stereochemistry)(如胜键键长、键角、胺基酸构形)优化的同时，减少计算与实验绕射点强度的差异，用来评估的数值则是「剩余值(R-factor)」：其中Fobs 及Fcalc 分别表示观察值与计算值的绕射光振幅。
大部分修正后可接受的剩余值约0.2 (20%)。
即使修正后有较低的剩余值，也不能代表其结构就是正确的，因此提出R free，它是一个交互验证的程序，取出部分的绕射点（约10%），排除于修正的程序之外，以对结构的正确性，提供个别的检查，称为自由剩余值，其计算方式同剩余值。
10、什么叫CullisR factor?Cullis R = < ||F PH| - |F P+F H|| > / < ||F PH| -|F P||c R= ||F h(obs)| - |F h(calc)||/|F h(obs)| for centric reflections, where |F h(obs)| is the Cullisobserved heavy atom structure factor amplitudes and |F h(calc)| is the calculated heavy atom structure factor amplitude11、什么叫lack of closure error?Any difference between values for successive occupations must be considered as a closure error.逐次读数之间的任何差值都必须看作一种闭合差。
测量平差中常用的一个术语。
它是指某个量的观测结果与其应有值之间的差值，在某几个量构成几何或物理条件方程的情况下，由于这些量的观测值中包含有误差，它们不能满足方程而产生一定的差值,称此差值为条件闭合差，简称闭合差。
12、画图说明什么叫晶体的反常散射？反常散射：当入射光的能量足以使晶体中原子发生跃迁时，就能在非中心对称晶体中观察到反常散射。
13、为什么说晶体发生反常散射时不满足Friedel`s law?弗里德定律表述为:当略去晶体中原子的反常散射效应或将晶体密度函数ρ看作实函数时，衍射指标为hkl的衍射强度Ihkl 与衍射指标为hhkl的衍射强度hhkl 数值相等，即Ihkl=Ihkl或I(H)=I(-H)。
此定律决定，在空间分立分布的衍射数据(组)是中心对称的。
然而，当入射光的能量足以使晶体中原子发生跃迁时，就会发生反常散射，反常散射是在非中心对称晶体中，它会导致hkl与-h-k-l两者的反射强度出现细微但可观测的电子密度差异，这就是说，对于非中心对称晶体中比S重的原子，Friedel定律并不严格成立。
14、简述用分子置换法解析蛋白质晶体结构的大致过程。
若是一个未知的蛋白质与另一已解出结构的蛋白质，在胺基酸序列具有30 %以上的一致性(identity)，表示这两个蛋白质的结构可能类似，可以利用分子置换法来计算出未知蛋白质的相角。
利用已知蛋白质之结构分子带入晶体中寻找旋转及位移的可能位置，解析出结构。
随着蛋白质结构的增加，可以发现类似的蛋白质具有相同的折迭方式，而出现新的折迭的机率也相对减少，所以只要未知的蛋白质在蛋白质数据库(Protein Data Bank, PDB )中，找到序列上具有同源性(homology)的已知结构时，即可在取得晶体绕射数据后，快速地运用分子置换法来解决相角问题。
15、什么叫Patterson函数？并证明Patterson函数为结构因子的模的平方的傅里叶变换。
定义: Patterson函数是晶体电子密度函数ρ的二重自卷积，是以结构因子模平方为傅里叶系数进行展开的傅里叶级数：帕特逊函数具有与对应晶体相同的三维晶格。
它汇集了反映反子间相对位置与相对取向的信息库，在晶体结构解析中起很重要的作用。
16、请画图说明什么叫Eward sphere.The incident plane wave falling on the crystal has a wave vector K i whose length is 2π / λ. The diffracted plane wave has a wave vector K f. If no energy is gained or lost in the diffraction process (it is elastic) then K f has the same length as K i. The difference between the wave-vectors of diffracted and incident wave is defined as scattering vector ΔK = K f−K i. Since K i and K f have the same length the scattering vector must lie on the surface of a sphere of radius 2π / λ. This sphere is called the Ewald sphere.17、请推导晶体衍射发生时的von Laue equation(或称von Lauecondition)。