第八章 晶体结构分析在其他学科中的应用
晶体学中的晶体结构分析技术
晶体学中的晶体结构分析技术晶体学是研究晶体结构、晶体生长和晶体性质的学科。
晶体结构分析是晶体学中最基本也是最重要的研究内容之一。
通过晶体结构分析技术，可以揭示晶体中原子的排列方式，从而深入了解晶体的性质与行为。
本文将介绍晶体结构分析技术的基本原理和常用方法。
一、晶体结构分析的基本原理晶体是由周期性排列的原子、离子或分子所构成的连续的结构体。
晶体结构分析的基本原理是通过衍射现象测定入射束与晶体样品之间的相对角度，进而得到晶体的结构信息。
晶体的结构可以通过X射线衍射、中子衍射和电子衍射等技术进行分析。
二、X射线衍射技术X射线衍射是应用X射线对晶体进行分析的主要方法。
通过测量晶体样品对入射X射线所发生的衍射现象，可以得到晶体的结构信息。
X射线衍射技术具有分辨率高、样品制备简便等特点，被广泛应用于晶体结构分析领域。
1. 单晶X射线衍射单晶X射线衍射是通过测量晶体中各个平面的倾角和衍射角，进而得到晶体的结构信息。
该方法可以提供晶体中原子的三维分布情况，得到高分辨率的晶体结构图。
单晶X射线衍射的实验步骤包括晶体生长、晶体定向、数据收集和结构解析等。
该方法需要用到加速器或强X射线源，设备复杂，操作难度较大。
但其分辨率高，可以获得准确的晶体结构信息。
2. 粉末X射线衍射粉末X射线衍射是一种通过将晶体样品研磨成粉末形式进行测试的方法。
通过测量粉末样品对入射X射线的衍射角度和强度，可以得到晶体的结构信息。
粉末X射线衍射的实验步骤包括晶体研磨、粉末样品装填、数据采集和结构解析等。
相比于单晶X射线衍射，粉末X射线衍射无需晶体生长和晶体定向，操作相对较为简便，可以快速获得样品的结构信息。
三、中子衍射技术中子衍射是应用中子对晶体进行结构分析的方法。
相比于X射线衍射，中子衍射具有穿透性强、对重元素和轻元素敏感等特点，能够提供晶体中氢原子的位置信息。
中子衍射的实验步骤与X射线衍射类似，包括样品制备、数据收集和结构解析等。
由于中子源设备的限制，中子衍射技术的实验条件较为苛刻，但可以提供不同于X射线衍射的结构信息。
晶体结构分析
晶体结构分析晶体结构分析是一门研究物质中原子或离子排列方式的学科。
通过晶体结构分析，科学家可以揭示物质的微观结构和性质，为材料科学、化学、生物学等领域的研究提供基础数据和理论支持。
本文将介绍晶体结构分析的原理和方法，并探讨其在科学研究和工业生产中的重要性。
晶体是一种由原子、分子或离子以规则的方式排列而成的固态物质。
晶体的结构对物质的性质和功能有着重要影响。
晶体结构分析的目标就是确定晶体中原子或离子的排列方式和相互作用。
常见的晶体结构分析方法包括X射线衍射、中子衍射和电子衍射等。
X射线衍射是最常用的晶体结构分析方法之一。
它利用X射线的波长与晶格常数之间的关系，通过测量衍射角和衍射强度，推导出晶体中原子的位置和间距。
X射线衍射可以精确地确定晶体的晶格常数、晶胞形状和原子位置，从而揭示晶体的结构。
中子衍射和电子衍射与X射线衍射类似，但使用的是中子或电子束，适用于不同类型的晶体。
晶体结构分析在材料科学和工程中具有广泛应用。
例如，在材料研究领域，晶体结构分析可以帮助科学家研究材料的物理性质、热性质和导电性等，从而优化材料的设计和制备过程。
在药物和生物化学领域，晶体结构分析可以揭示药物和蛋白质的结构，从而指导药物研发和疾病治疗。
在能源和环境领域，晶体结构分析可以用于研究新型能源材料和催化剂，促进能源转型和环境保护。
晶体结构分析的发展离不开技术的进步。
现代晶体结构分析借助于X射线衍射仪器、中子衍射仪器和电子显微镜等先进设备，能够对复杂的晶体结构进行高精度的分析。
此外，计算机技术的发展也为晶体结构分析提供了支持，通过计算模拟和分子建模，可以预测和优化新材料的性能。
总结起来，晶体结构分析是一门重要的科学技术，对于研究物质的性质和功能具有重要意义。
它在材料科学、化学、生物学等领域的应用越来越广泛，为人类社会的发展和进步做出了重要贡献。
随着技术的不断进步，晶体结构分析将在未来发挥更大的作用，为人类探索未知世界提供更多的契机和可能性。
晶体结构分析技术研究及其应用
晶体结构分析技术研究及其应用晶体结构分析是化学、物理、材料科学和生物学等领域中重要的分析手段，它能够给我们提供物质结构详细信息，如原子坐标、键长、键角、晶格对称性等，从而帮助我们深入了解物质的性质和行为。
本文将介绍晶体结构分析技术的原理、方法和应用。
一、原理和方法晶体结构分析是基于X射线衍射原理的。
当X射线照射到物质表面上时，会发生反射或衍射现象。
这些反射或衍射的光束会在空间中形成交叉图案，称为“衍射斑”。
这些衍射斑的分布和强度可以揭示出原子之间的相对位置和间距。
为了进行晶体结构分析，通常需要进行以下步骤：1. 准备晶体：将晶体制备成单晶，并用合适的技术处理。
2. 产生衍射斑：用单色化的X射线照射晶体，使其发生衍射现象，并将衍射斑记录下来。
3. 测量衍射角度：通过对衍射斑的测量，可以得到反射角度、波长和散射强度数据。
4. 解析结构信息：运用软件和数学模型，对测得的数据进行分析和计算，得到晶体结构的详细信息。
二、应用晶体结构分析广泛应用于化学、材料科学和生物学等领域中，具有重要的科学研究和应用价值。
1. 化学应用通过晶体结构分析，可以深入了解物质的结构和性质，为新材料的研究和制备提供支持。
例如，铂和硼的复合物Pt(BH4)2(C2H5CN)通过晶体结构分析揭示了这种化合物的原子排列方式和键长，有助于控制其反应活性和性质。
此外，晶体结构分析还广泛应用于可持续发展能源领域中。
通过分析半导体和金属材料的晶体结构，可以开发出更高效的太阳能电池和催化剂等。
2. 生物学应用晶体结构分析在生物学中具有重要的应用。
通过测量生物大分子（如蛋白质和DNA）的晶体结构，可以揭示它们之间的相互作用和结构特征，为研究生命过程提供了深入的信息。
例如，通过分析酶的结构，可以了解其催化机制，并帮助设计更有效的药物。
此外，晶体结构分析还为遗传疾病的治疗提供了理论基础，例如通过分析病毒蛋白的结构，可以针对其关键位点设计有效的药物。
3. 材料科学应用晶体结构分析在材料科学中也具有广泛的应用价值。
晶体学在材料研究和应用中的作用
晶体学在材料研究和应用中的作用晶体学是一门研究晶体结构、晶体生长、晶体缺陷和晶体变形等方面的学科。
晶体学研究的是一般意义上的晶体结构，包括单晶、纤维、火山熔岩等等。
而对于材料科学家而言，晶体结构是理解真正重要的。
因为几乎所有的材料都是晶体，所以晶体学已经成为材料科学和工程学中不可或缺的一部分。
晶体结构可以通过X射线衍射技术获得，这个技术已经成为晶体学最重要的实验工具之一。
通过X射线衍射，科学家能够测量晶体中原子之间的距离和角度，进而推导出晶体的结构。
晶体学在材料研究中的应用有很多方面。
下面分别介绍晶体学在材料科学中的几个重要应用。
材料设计对于一个材料而言，其性能和结构密切相关。
通过晶体学，科学家可以了解材料的内部结构，进而预测材料的性能。
比如，在设计新型材料时，科学家可以通过晶体学知识来控制晶体之间的距离和角度，以达到预期的材料性能。
材料表面晶体结构不仅决定了材料内部的性质，还对材料的表面性质产生了巨大影响。
科学家发现，材料的表面晶体结构与扭曲度、生长方向等方面有很大关系。
因此，通过晶体学技术，科学家可以有效地控制材料表面的形态和性质。
单晶生长单晶在半导体领域中有很重要的应用。
单晶生长是一项极其复杂的工艺，需要对晶体生长过程中的各个参数进行精细控制。
晶体学可以帮助科学家设计出高品质的单晶项目，并对晶体生长过程进行优化改进。
晶体缺陷晶体缺陷是影响材料性能和稳定性的最主要因素之一。
晶体学可以帮助科学家了解晶体缺陷的成因和种类，并通过控制晶体生长过程中的温度、压力、气氛等变量，减少和控制晶体缺陷的生成。
材料加工材料加工过程中会对材料晶体结构造成改变，从而影响材料性质。
通过晶体学技术，科学家可以研究材料在加工过程中的各种相变过程，如晶粒长大、相转变、孪晶生成等，深入理解材料加工的本质，并优化加工过程，以获得更高品质的材料。
总之，晶体学在材料研究和应用中的作用十分显著，是材料科学和技术发展的重要基础之一。
材料科学中晶体学应用
材料科学中晶体学应用晶体学是研究晶体的内部结构和性质的学科。
在材料科学中，晶体学扮演着非常重要的角色。
晶体学的应用使得科学家们在材料的设计、合成和性能控制方面取得了不可忽视的进步。
本文就材料科学中晶体学应用进行阐述。
一、晶体学在晶体的研究和制备中的应用晶体学被广泛应用于研究和制备晶体。
晶体学可以通过分析晶体结构和晶体性质来了解晶体的性质和行为，并提供基础信息来设计材料。
通过X射线衍射等测试方法，可以分析样品晶体结构的几何形状及原子间距离，从而得到晶体的晶型、晶面以及原子间键合性等基本信息。
这些信息可以用于研究晶体的性质，比如硬度、空隙率、热胀缩系数等。
在材料的制备过程中，晶体学可以提供制造条件和指导材料的合成。
例如，在电子学领域中，通过晶体学可以制备具有特定电子和光电特性的材料，如硅和锗，这些材料已经将电子学技术推向了一个新的水平。
二、晶体学在材料特性控制中的作用晶体学在材料特性控制方面有着重要的作用。
我们知道，材料中的微观结构和材料特性密切相关。
因此，通过晶体学来了解材料的微观结构，从而控制材料的特性也是非常重要的。
例如，在材料科学中有一个重要问题就是如何控制重要参数例如表面能、分子对接等，而这些都与晶体学有关。
晶体学原理的理解和应用可以促进材料化学家在合成新材料、设计新材料结构和控制它们的晶型方面取得更好的成果。
三、晶体学在材料发展历史中的重要意义晶体学在材料科学发展历程中发挥了重要的作用。
很多具有重要应用价值的材料的发现和开发，都是在晶体学的帮助下进行的。
例如，下面列出的一些材料的发现都和晶体学相关。
晶体学扮演了研究这些材料的重要角色：1. 易碎陶瓷材料；2. 铁磁性材料；3. 超导体材料；4. 半导体材料；5. 粘土和矿物质材料。
四、晶体学在新型材料开发中的应用随着技术的不断进步，新型材料的研究和开发已经成为当今物质科学的前沿。
晶体学在新型材料开发的过程中有着非常重要的作用。
晶体学的研究使得人们能够控制材料的特性和结构，从而开发出各种新型材料。
无机材料的晶体结构解析与功能研究
无机材料的晶体结构解析与功能研究无机材料是一类重要的材料，广泛应用于各个领域。
而无机材料的晶体结构解析与功能研究则是无机材料科学中的重要研究方向。
本文将探讨无机材料晶体结构解析的方法和其在功能研究中的应用。
一、无机材料晶体结构解析方法无机材料的晶体结构解析是通过一系列实验手段来确定材料中原子的排列方式和晶胞参数的过程。
常用的晶体结构解析方法包括X射线衍射、中子衍射和电子衍射等。
X射线衍射是最常用的晶体结构解析方法。
通过将X射线束照射到晶体上，利用晶体中原子对X射线的散射来确定晶体的结构。
中子衍射则是利用中子束和晶体中原子的相互作用来解析晶体结构。
电子衍射则是通过电子束和晶体中原子的相互作用来确定晶体结构。
这些方法各有特点，可以根据研究需要选择合适的方法。
二、无机材料晶体结构与功能研究无机材料的晶体结构与其功能之间存在着密切的关系。
通过解析晶体结构，可以深入了解材料的性质和功能，为功能研究提供基础。
1. 光电材料的晶体结构与光电性能光电材料是一类广泛应用于光电子器件中的材料。
通过解析光电材料的晶体结构，可以了解材料中电子的能带结构和能级分布情况。
这些信息对于理解光电材料的光电性能非常重要。
例如，通过晶体结构解析，可以确定光电材料中的能带宽度和能带间隙，从而预测材料的光吸收和光发射性能。
2. 催化剂的晶体结构与催化性能催化剂是一类在化学反应中起催化作用的物质。
催化剂的晶体结构对其催化性能具有重要影响。
通过解析催化剂的晶体结构，可以了解催化剂中活性位点的分布和结构特征。
这些信息对于理解催化剂的催化机理和优化催化性能至关重要。
例如，通过晶体结构解析，可以确定催化剂中金属原子的配位环境和表面形貌，从而预测催化剂的催化活性和选择性。
3. 电池材料的晶体结构与电化学性能电池材料是一类广泛应用于电池中的材料。
通过解析电池材料的晶体结构，可以了解材料中离子的扩散路径和电子的传输途径。
这些信息对于理解电池材料的电化学性能非常重要。
材料化学中的晶体结构分析
材料化学中的晶体结构分析材料化学是一个综合性很强的学科，其基础理论非常重要，其中晶体结构分析更是材料化学中的重要内容之一。
晶体结构分析主要是通过分析晶体的空间结构和原子排列方式，揭示各种材料的基本性质，如力学、电学、磁学等性质，进而指导合理的材料设计和合成。
本文介绍晶体结构分析的基本概念、方法和应用，希望对大家有所帮助。
一、晶体基础知识晶体是一种由原子、分子、离子等按照特定的方式组成的周期性结构，通常具有高度有序性、透明度和物理性质的规律性等特点。
晶体的结构是能够解释并预测其物理性质的重要因素。
晶体的基本单位是晶胞，所有的晶体都可以被描述成重复的晶胞。
其中，晶体的对称性质是由晶胞的对称性质所决定的。
晶面是晶胞中一组平行于某个晶向的面，晶体中的原子或其他粒子沿晶面排列成周期性，逐渐转化为平整的面。
二、晶体结构解析方法（一）X射线衍射X射线衍射是一种重要的晶体结构分析方法，其基本原理是利用X射线的波长和晶体中的原子间距匹配规律，使得衍射峰出现。
根据衍射峰的出现位置和强度，可以确定晶胞中原子排列的位置、结构以及对称性质等。
（二）中子衍射中子衍射是一种结构分析技术，由于其具有可控的性质，所以中子衍射可以解决X射线难以解决的一些问题。
相比X射线，中子具有散射截面的区别，中子与原子核相互作用很强，所以中子可以检测到原子间的核间的局部结构。
在晶体中，中子散射的强度和角度与X射线一样，唯一不同的是中子可以很好地探测轻元素如氢和氘等，因此对于轻元素复杂物质的结构分析，中子衍射的优点很明显。
（三）电子显微镜（TEM）在TEM显微镜中，电子束以高能量射入样本中，样品中的原子或分子与电子束发生相互作用，电子在经过样品后，经由带有探测器的透镜接受。
由于样品与探测器之间的距离极小，可以得到特定的电子衍射图案。
如X射线衍射，电子衍射的衍射图案可以用来来确定晶体结构。
三、晶体结构分析的应用晶体结构分析在材料科学和生命科学等各领域具有广泛的应用，例如：（一）硬质材料硬质材料的研究涉及多种晶体分析技术，包括X射线单晶衍射和粉末衍射。
晶体结构与物性的研究及其应用研究
晶体结构与物性的研究及其应用研究晶体是由原子、分子或离子按一定的几何规律排列而成的有序固体，它们具有一定的空间局限性、周期性和对称性。
晶体在化学、物理、材料科学等领域有着广泛的应用，因此它们的研究是十分重要的。
晶体结构与物性的研究及其应用研究是当前材料科学领域的热点之一。
一、晶体结构的研究晶体结构的研究是对晶体内部的原子、分子或离子排列关系的研究。
通常，晶体结构的研究可分为两个方面：一是确定晶体结构中原子、分子或离子的排列方式，即确定晶体结构的空间群；二是确定晶体结构中原子、分子或离子之间的相互作用，即确定晶体结构的化学键。
对于小分子晶体，如水、氯化钠等，X-射线晶体学技术是确定其结构的主要手段。
X-射线晶体学利用晶体对X-射线的散射和衍射，通过计算反演分析技术，得到晶体的结构信息。
而对于大分子晶体，如蛋白质晶体等，则需要采用更加复杂的技术，如圆二色光谱学、核磁共振等。
晶体结构的研究不仅可以理解晶体的特殊性质，也可以为材料科学提供基础性的研究数据，如探究金属、陶瓷、半导体等材料的结构性质，从而进一步设计出功能性的材料。
二、晶体物性的研究晶体的物性是指晶体在物理、化学等方面所表现出来的性质。
晶体物性的研究可以分为光学、电学、热学、磁学等领域。
在这些领域中，研究人员利用不同的技术手段，如光学技术、电学技术、热学技术、磁学技术等来研究晶体特殊的物性。
例如，对于光学性质的研究，晶体表现出了光学双折射、偏振、散射等特性，可以通过光学显微镜、激光等手段观察研究。
对于电学性质的研究，晶体表现出了良好的导电、半导体、绝缘等特性，在现代电子技术中有着广泛的应用。
其他领域的晶体物性研究也为其应用提供了重要的科学依据与技术手段。
三、晶体结构与物性的应用研究晶体结构与物性不仅为材料科学的基础研究提供了依据，也为实践中的材料应用提供了支持。
例如，在半导体领域，人们利用硅晶体的特殊结构，开发出了具有独特性质的硅芯片，从而促进了现代电子技术的快速发展。
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人们早就认识到水和其他物质如 K+ 、Na + 、Ca2 + 和 Cl 等多种离子能够经过一些孔道通过细胞壁, 但是细胞膜是如何 选择性转运离子的, 以及离子的运动又是如何受调控却一直不
为人所知。2000 年 P.Agre 等 应用场发射电子源的电子衍射方
法得到分辨率为 3.8A 的 AQPl 水通道电子密度图。就在同时
8.2.3 结构与性能关系的研究与应用
按照已知的结构和性能的关系设计制造需要的新
材料是进行大量结构测定的目的。如何总结大量已
测结构的规律并与其性能、功能相联系是今后的任 务之一。特别是生物结构与功能的关系。进一步如
何利用这种关系设计制造人类需要的材料，药物等,
更是永不完结的任务。
8.2.4 解生物大分子结构方法的发展
的发展有了坚实的基础。
8.1.2 晶体结构和晶体性质
矿物学中曾有不少矿物的元素构成很接近,但他们的性质 相差很远 (如石墨和金刚石都是碳, 还如一些硅酸盐), 而有的
矿物其物理或化学性质相近,但其元素组成又很不相同 (如云
母类矿物等)，使人困惑。晶体结构的测定使性能的异同从结
构上得到了合理的解释。如石墨因是层状结构，层间结合力
8.1.3 晶体结构与药物设计
近年，基于病毒结构、人体内各种大分子结构的测定及人 体感染疾病途径的了解，搞清了某些疾病感染及发展的结构匹 配需要。人类已经根据这些结构知识设计结构上匹配的、合适 的药物，来事先保护病毒和人体的结合点，或阻断病毒的自身 繁衍，从而避免感染或控制其繁衍，而不使疾病发展, 这就是 所谓的基于结构的、合理的药物设计。
Байду номын сангаас
(3) 由于同步辐射的高强度, 就有可能用微小的晶
体进行结构的分析。蛋白质等晶体的培养, 目前还
找不到内在的规律性, 难以得到供实验室 X 射线源 祚高分辨率测量用的大晶体。但是对于同步辐射 X 射线源, 则用尺度上比常规小几个数量级的晶体。
例如对 20 KD 左右大小的蛋白质分子, 用一般实 验室 X 射线源时, 晶体必须大于 0.13mm ×0.13mm ×0.13mm。若用 2.5 GeV 同步辐射装置产生的单色 X 射线, 其强度提高了1000 倍, 此时晶体大小为 0.03mm ×0.03mm ×0.03mm。
有许多生物反应的速度是相当快的, 如血红蛋白 与一氧化碳的结合，速度在纳秒级（10-9 sec），
要对这种反应进行动力学研究，既要有高强度脉
冲光源, 又要有快速切换的探测器以连续跟踪反应。 现在已有了强脉冲光源，但探测器的切换速度却 慢太多，需要作长时间的更大的努力。
3. 同步X 射线衍射技术在三维结构生物学中的应用 (1) 细胞膜通道的研究
(4)
信号转导的研究
外界信号大多是通过细胞质膜上的特殊蛋白及其它多种蛋
白质的接联反应最终传至细胞内的细胞核等靶区。如细胞质膜 内表面的一种G 蛋白,它在信号受体蛋白和效应器 (酶、离子通
道等) 之间起中介体作用。Tesmer 等在美国Cornel 大学高能同
步辐射源上测定了腺苷酸化酶复合物的 2.3A 分辨率的晶体结
差，故较软，而金刚石为共价键形成的骨架结构，故结合力
强，无薄弱环节, 成为最硬的材料。
8.1.3 晶体结构关联天然产物和人工合成
人类和疾病作斗争, 总离不开药物。原始的药物是天然 产物, 动植物或矿物。以后随着科学的发展,开展了从天然
产物中提取有效成分的方法, 而有效成分晶体结构的测定
进一步将从天然产物中提取的活性物质改变为人工合成， 使有可能大量制造，提高了产量、降低了成本、造福于人 类。这种基于结构, 设计出合成路线，工业制造的方法在 药物，染料，香料等许多工业部门都是广泛使用的。
1. 同步辐射X射线单晶衍射技术的特点:
(1) 同步辐射产生高强度的 X 射线, 在短时间内收集衍射数据。
Hajdu 等用实验室X 光源, 为收集到糖原磷酸化酶 b 2.7 A 分
率的衍射数据 (约10000 个) , 约一周的时间, 而用同步辐射 X 射线, 只花了25 min 收集到全部衍射数据。 对于蛋白质晶体, X 射线损伤的限速过程是照射产生的 OH 自由基的扩散, 常温下该扩散的时间尺度为数小时。因而, 用同步辐射 X 射线测量时, 在此时间范围内即可收集到全部
(3)
能量转换的研究
能量转换的一个关键是跨膜质子电化学梯度的建立, 这都是 由膜蛋白介导完成的, 由于膜蛋白结晶的困难, 长期以来对此 过程的分子机制了解甚少。20 世纪末日本学者 Tsukihara 等 成功地结晶牛心细胞色素 C 氧化酶, 得到分辨率为 2.8A 的结 构模型。他们从酶的几种状态的晶体结构比较, 提出质子泵的 机理。随后他们又进一步用光子工厂同步辐射得到 2.30 A 分 辨率的该晶体结构, 并提出质子泵过程中的间接偶联机制。
分子量为 145 kD。为此他们荣获1988 年诺贝尔化学奖。
中国科学院生物物理所的 Zhengfeng Liu 等在中国科学
院高能物理所同步辐射国家实验室的同步 X 衍射生物大分
子实验站, 用同步辐射 X 射线衍射完成了菠菜主要捕光复合
体 (LHC - II) 2.72A 分辨率的晶体结构测定。并论述光合作 用系统的主要捕光复合体LHC - II 在绿色植物的光合作用 中主要是太阳能的收集器, 在强光条件下还能起到光保护物 的功能。 Zhenfeng Liu , et al., Crystal structure of spinach major light harvesting complex at 2.72 ? Resolution. Nature 2004 ,428(6980) :287～292
目前虽已有各种方法用来解决相角的问题，但 要置换许多同晶化合物还是颇费时和颇昂贵的，如
果能如小分子那样用直接法来解决相角问题，将会
方便许多。我国科学家范海福院士是研究直接法的
我国权威人物，正在进行这方面的研究。
8.2.5 晶体结构分析在其他学科中的应用
晶体结构的描述。
X 射线结构分析和晶体学在无机、有机、天然有
当今已有多个晶体结构数据库，如： （1）剑桥结构数据库（CSD）。包括各种有机，有 机金属化合物及配合物的晶体学数据。 （2）无机晶体结构数据库（ICSD）。 （3）金属结晶学数据库（CRXSTMET）。 (4）蛋白质数据库（PDB）。 （5）晶体学数据（CD）。 （6）粉末衍射卡片（PDF）。 (7）有序无序结构数据库（OD）等。
合体的上游区。
第八章 晶体结构分析的应用和发展方向
8.1 晶体结构分析的应用
晶体结构的测定对学科的发展、物体性能的 解释、新产品的生产和研究等方面都有很大的作
用, 其应用面很宽, 不能尽述, 略谈几点如下，
抛砖引玉:
8.1.1 晶体结构和晶体学学科
晶体结构的成功测定,在晶体学学科的发展上起了决定 的作用。 因为它证实了晶体具有周期性结构这一推测, 使晶体的 许多特性得到了解释: 如晶体能自发长成多面体外形 (自范 性), 如立方体的食盐、六角形的水晶等, 又如晶体各种物理 性质 (光性,导热性等) 的各向异性和对称性等等。使晶体学
8.2.2 各种生物大分子结构的测定
2001年2月12日，人类基因组框架图发表。接下来的任务 是要把各基因的结构和功能搞清楚，有大量的基因结构需要 测定。世界上已经成立了结构基因组的国际合作组织，分配 人类基因结构的测定任务。除了人类基因以外，还有水稻基 因组，各种病毒等范围更广的生物大分子结构需测定。生物 大分子的数量将会远远超过各种无机物，有机物分子的总量 。生物大分子结构测定将是今后晶体结构测定的主要任务。
过专门 的研究, Kassner 等 对弱衍射与晶体是否
有对称中心的关系进行了研究, 他们认为弱反射 在决定有无对称中心中取决定性作用。
(5) 同步辐射光源结合劳厄实验方法能在微秒 的时
间尺度进行时间分辨的三维结构研究。由此将 传
统的静态结构分析提高到动态结构的新高度, 这是 目前用其他方法不能达到的。
Tan 用于测定 (C2H8N）（Sb4S7）的晶体结构的晶
粒仅为 20μm ×30μm ×40μm。比实验室X 射线源
所用晶体在线度上要小 1 个数量级, 在体积上要小 3
个数量级。
(4) 由于同步辐射的高强度使弱衍射可以测出,
这对于总结出正确的系统消光规律, 避免得出错 误 的空间群有决定性的作用。Schomaker 等 有
Robert 等在美国 Lawrence Berkeley 国家实验室的 ALS ,用同
步辐射 X 衍射方法得到一种和水通道具有相似结构的甘油通
道 GlpF 分辨率为 2.2A 的电子密度图。
美国科学家 R.Mackinnon 等在1998 年首次得到膜蛋白离 子通道的结构, 他们在 Cornel 大学高能同步光源 (CHESS) 通 过 X 射线衍射解出一种称为 KcsA 的 K+ 通道的原子结构, 分 辨率为 3.2 A。近年来他们一直致力于 K+ 通道的结构、特性、 功能等方面的研究。 R.Mackinnon 和 P.Agre 因为对膜蛋白分子和离子通道开 创性的研究, 而共同分享 2003 年的诺贝尔化学奖。
(2)
光合作用机制的研究
植物光合作用机制的阐明一向是人们梦寐以求的,长期以 来进展不大 。1985 年德国 Deisenhofer 和他的同事测定了紫 色光合细菌光合膜中光合反应中心复合体的晶体结构。他们 的研究成果引起很大的轰动, 因为这是第一个真正原子水平 上的膜蛋白结构, 该结构的分辨率为 2.3 A , 光合反应中心由4 个蛋白质亚基和 14 个非蛋白质辅基构成, 复合体的
构。该结果是第一个有关两个信号蛋白分子在质膜上相互“交
谈”的三维图像,并提出该 G 蛋白α亚基激活腺苷酸环化酶的分