X射线晶体学_百度百科

X射线晶体学是一门利用X射线来研究晶体中原子排列的学科。

更准确地说，利用电子对X射线的散射作用，X射线晶体学可以获得晶体中电子密度的分布情况，再从中分析获得原子 ... 百度首页 网页 新闻 贴吧 知道 网盘 图片 视频 地图 文库 百科 首页 历史上的今天 百科冷知识 图解百科 秒懂百科 懂啦 秒懂本尊答 秒懂大师说 秒懂看瓦特 秒懂五千年 秒懂全视界 特色百科 数字博物馆 非遗百科 恐龙百科 多肉百科 艺术百科 科学百科 用户 蝌蚪团 热词团 百科校园 分类达人 百科任务 百科商城 知识专题 权威合作 合作模式 常见问题 联系方式 下载百科APP 个人中心 收藏 查看我的收藏 0 有用+1 已投票 0 X射线晶体学 播报 编辑 锁定 讨论 上传视频 特型编辑 本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。

X射线晶体学 [1]  是一门利用X射线来研究晶体中原子排列的学科。

更准确地说，利用电子对X射线的散射作用，X射线晶体学可以获得晶体中电子密度的分布情况，再从中分析获得原子的位置信息，即晶体结构。

对很多余结构相关的问题如整体折叠、配体或底物结合、作用的原子具体信息提供可靠的答案。

运用X射线晶体学 [1]  可以了解大分子如蛋白质与DNA的结构和功能。

分子结构的精确信息是理性药物设计和基于结构功能研究的先决条件。

中文名 X射线晶体学 外文名 X-raymacromolecularcrystallography 含    义 利用X射线来研究晶体中原子排列 领    域 理学 研究对象 蛋白质晶体 相关视频查看全部 目录 1 解释 2 研究步骤 3 晶体生长 4 衍射数据收集 ▪ 数据分析 ▪ 晶体结构解析 5 确定相位 ▪ 多重同晶置换（MIR） ▪ 多波长反常散射（MAD） 6 分子建模和结构修正 X射线晶体学解释 编辑 播报 由于所有的原子都含有电子，并且X射线的波长范围为0.001－10纳米（即0.01－100埃），其波长与成键原子之间的距离（1－2埃附近）可比，因此X射线可用于研究各类分子的结构。

但是，到目前为止还不能用X射线对单个的分子成像，因为没有X射线透镜可以聚焦X射线，而且X射线对单个分子的衍射能力非常弱，无法被探测。

而晶体（一般为单晶）中含有数量巨大的方位相同的分子，X射线对这些分子的衍射叠加在一起就能够产生足以被探测的信号。

从这个意义上说，晶体就是一个X射线的信号放大器。

X射线晶体学将X射线与晶体学联系在一起，从而可以对各类晶体结构进行研究，特别是蛋白质晶体结构。

晶体学可以对很多余结构相关的问题如整体折叠、配体或底物结合、作用的原子具体信息提供可靠的答案。

运用X射线晶体学 [1]  可以了解大分子如蛋白质与DNA的结构和功能。

分子结构的精确信息是理性药物设计和基于结构功能研究的先决条件。

X射线晶体学研究步骤 编辑 播报 ①蛋白或DNA样品纯化 [2]  ②结晶③衍射、数据收集④确定蛋白结构衍射数据→数据处理→相位解析→建模→模型修正→模型检验⑤理解结构与功能的相互关系 X射线晶体学晶体生长 编辑 播报 显微镜下的蛋白质晶体 原理：蛋白质晶体 [3]  内部结构为三维空间周期、有序、重复排列，要求每个结晶重复单位(分子或其复合体)的化学组成与分子构象是均一的。

方法：为了获得可供衍射的单晶，就需要将纯化后的生物样品进行晶体生长。

晶体生长的方法有很多，如气相扩散法、液相扩散法、温度渐变法、真空升华法、对流法等等，而目前应用最广泛的晶体生长方法是气相扩散法。

气相扩散法又可以分为悬滴法、坐滴法、三明治法、油滴法和微量透析法。

其中，悬滴法的使用频率最高。

（以上方法都属于化学方法，通常，研究凝聚态物理的用得最多的是区熔法，以多晶材料为基础通过局部施加高温使其部分熔化后再结晶，从而逐渐得到大块的晶体，高分子材料通常不能承受过高温度，所以无法使用这种方法）在获得初步的晶体生长条件后，往往需要对晶体生长条件进行优化，包括调整沉淀剂浓度、pH值、样品浓度、温度、离子强度等。

X射线晶体学衍射数据收集 编辑 播报 在获得单晶之后，就需要进行衍射实验，即用X射线打到晶体上，产生衍射，并记录衍射数据。

X射线的来源主要有两种，一种是在常用X射线仪上使用的，通过高能电子流轰击铜靶（或钼靶），产生多个特征波长的X射线，其中使用的CuKα的波长为1.5418Å；另一种就是利用同步辐射 [4]  所产生的X射线，其波长可以变化。

同步辐射X射线可以分为角散同步辐射（ADXD）和能散同步辐射（EDXRD）两种，角散同步辐射的实验原理与通常的X射线衍射仪是一样的，不过波长更低（如0.6199Å），能量更高；而能散使用白光入射，即入射光具有连续波长，收集的衍射信号是在固定角度进行的，它的分辨率较角散同步辐射低，技术要求也较低。

现在国内的北京同步辐射实验站（BSRF）已经升级成了角散的。

衍射数据（包括衍射点的位置和强度）的记录多采用像板或CCD探测器。

X射线晶体学数据分析 对记录到的衍射数据进行分析，可以获得晶体所属的晶系和对应的布拉维格子以及每个衍射点在倒易空间上的miller指标和对应的强度。

指标化强度积分、合并、振幅的还原晶体学参数测定的若干问题讨论常用的数据收集与处理程序蛋白质晶体 [5]  衍射强度数据质量的评估 X射线晶体学晶体结构解析 由于晶体衍射实际上是晶体中每个原子的电子密度对X射线的衍射的叠加，衍射数据反映的是电子密度进行傅立叶变换的结果，用结构因子来表示。

通过对结构因子进行反傅立叶变换，就可以获得晶体中电子密度的分布。

而结构因子是与波动方程相关的，计算结构因子需要获得波动方程中的三个参数，即波的振幅、频率和相位。

振幅可以通过每个衍射点的强度直接计算获得，频率也是已知的，但相位无法从衍射数据中直接获得，因此就产生了晶体结构解析中的“相位问题（phaseproblem）”。

晶体结构解析中所采用的解决相位问题的方法有直接法和Patterson法。

而对于解析生物大分子结构的主要方法有分子置换法、同晶置换法和反常散射法。

X射线晶体学确定相位 编辑 播报 X射线晶体学多重同晶置换（MIR） 把对X射线散射能力大的重金属原子作为标识原子。

这种置换入重原子的大分子应与无重原子时的原晶体有相同的晶胞参数和空间群，且绝大多数原子的位置相同，故称同晶置换。

从这些含重原子晶体的衍射数据，利用基于派特逊法 [6]  的方法可解出重原子的位置，据此算出其结构因子和相角，进而利用相角关系计算出没有重原子的原晶体的相角，解出结构。

经常使用不只一种重原子进行置换，以得几种同晶置换衍生物,称多对同晶置换法。

X射线晶体学多波长反常散射（MAD） 晶体衍射中有一条弗里德耳定律,就是说不论晶体中是否存在对称中心,在晶体衍射中总存在着对称中心,也即有FHKL=FHKL。

但是当使用的X射线波长与待测样品中某一元素的吸收边靠近时,就不遵从上述定律,也即FHKL≠FHKL。

这是由电子的反常散射 [7]  造成的,利用这一现象可以解决待测物的相角问题。

一般,这一方法常与重原子同晶置换法结合使用。

在收得同晶置换物的衍射数据后,改变入射线波长至靠近重原子的吸收边处，再次收集数据，这套数据是存在反常散射的,可利用这两套数据来求位相。

有如多同晶置换法,如采用几个不同波长的X射线,对所含不同元素收集几套反常散射数据,则可得更正确、更完整的相位信息,是为多波长反常衍射法(MAD）。

两者的相同点：都是利用重原子的特性来解决相角问题。

两者的差别：MAD是基于MIR的基础之上的，采用多种波长完备所需的信息。

X射线晶体学分子建模和结构修正 编辑 播报 蛋白质结构 [8]  的不同空间尺度分析需要不同的设备蛋白质蛋白质复合物细胞组织个体10-9m10-8m10-5m10-2m10-1mX射线、核磁NMR、质谱MSX射线、核磁、质谱、电镜光学显微镜、电镜、软X射线谱光学显微镜、电镜、红外光谱磁共振成像MRI、电子发射断层成像PET、单光子发射断层成像SPECTzhua曲子白渡白颗 百度百科内容由网友共同编辑，如您发现自己的词条内容不准确或不完善，欢迎使用本人词条编辑服务（免费）参与修正。

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