结构生物学导论5
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生物科学导论(精选5篇)
生物科学导论（精选5篇）生物科学导论范文第1篇【关键词】生物科学专业导论；教学目标；教学内容Thinking on the Teaching Objectives and Teaching Method of Introduction to Biological ScienceLI Wei YANG Yu—ling（School of Life and Environmental Sciences， Huangshan University， Huangshan Anhui 245041，China）【Abstract】Through setting up the Introduction to Biological Science course， the theoretical system，research hotspots， curriculum provision system， school—running characteristics， further education and employment will be introduced to freshman majored in Biological Science. The main objective of this course is to help the freshman establishing their interests and clearing the curriculums and future developing directions， which will lay a solid foundation for the future study.【Key words】Introduction to biological science；Teaching contents；Teaching methods0 引言生物科学是一门以试验为基础，讨论生命活动规律的科学。
生命科学导论5-生物多样性
万年有90万种脊椎动物灭绝；如果地球上现有1000万
（patch）、廊道（corridor）和基底（matrix）。
不同水平层次的生物多样性是相互联系、密不
可分的，上一级水平的多样性是由下一级生命实体
的不同组合方式形成的。由遗传的多样性导致了物
种的多样性，而物种不同形式的组合则决定了生物
群落乃至生态系统的多样性。在所有层次的生物多
样性中，物种多样性是最基本的，这不仅在于物种 个体是承载各种生命现象的有机单位，而且在从微 观到宏观的多样性带谱中，物种是承前启后的关键 环节。
类对环境异质性的反映，通常用来表示群落间相似性
指数或同一地区地理区域内不同生境中生物物种的周
转率。
α-多样性
例：
1）物种丰富度指数：
D = S/N；S-物种数目，N-所有物种个体数目之总和
若研究对象为样方而不是整个群落时，D=(S-1)lgN
缺陷：
没有考虑物种在群落中分布的均匀性，而现实常常是
少数物种占优势→不能完全反映群落中生物多样性
种鸟类、400多种兽类、209种两栖爬行类，以及两
万多种植物，比自然淘汰的灭绝速度快1000倍。
自然灭绝
新种形成和旧种灭绝同是进化过程的结果。在地
球上长达35亿年的生物进化历史中，一方面不断有物
种形成，另一方面不断有物种灭绝；灭绝后总有新物
种形成，如恐龙的灭绝后的天空成了鸟类的世界。
根据古化石估计，在过去的2亿年间，平均每100
生物多样性丧失的人类因素
生境片断化和破碎
污染加剧
人口增加 人类活动 单一化农业结构 全球变化
外来种入侵
（一） 物种的灭绝
灭绝(extinction)指一个个体、种群或物种从一个给定 的生境或生物区系消失的过程。当一个物种从整个地 球的生物区系消失则称该物种为灭绝种或绝种(extinct species) 如果一个种的个体仅是被笼养或在人工控制状态下
结构生物学：第一章 绪论
分子生物学： 必不可少
4.结构生物学研究进展
Mo lecu le Type
X-ray
Protein s
Nucleic Acids
Protein/
NA Comp le
xes
Other
31549
934
1462
28
NMR
5074
732
122
7
Exp .
Method
Electro n Microsc
opy
• 基因经过转录,翻译成蛋白质, 再经过翻译后 的磷酸化,糖基化等修饰,蛋白质折叠, 多亚基 多复合体还要进行组装,最后才能形成有功 能的单位. (gene --transcription-
translation — processing — folding — assembling — function unit)所以这些信 息这样一系列的过程是不可能只从单一 的
• 单分子结构技术 ， 在体结构研究（发展趋势）
5.为什么要研究结构生物学?
• 首先 :结构决定功能 ，说到底就是一个分子的三维结构决 定功能 ， 因此如果要了解一个分子的功能首先要知道三 维结构.人类基因组计划(Human Genome Plan, HGP )完 成后,为我们提供了大量的基因组序列 。但是基因只给出 了一个线性的序列,一个脱氧核苷酸的序列 ， 是一个间接 的信息； 而要知道更进一步的信息 ， 必须要测定蛋白质.
• 杂志：
• Journal of Structural
Biology (1990,IF=3.092) Journal of
Ultrastructure,Journal of Molecular
structure research
4.结构生物学研究进展
Mo lecu le Type
X-ray
Protein s
Nucleic Acids
Protein/
NA Comp le
xes
Other
31549
934
1462
28
NMR
5074
732
122
7
Exp .
Method
Electro n Microsc
opy
• 基因经过转录,翻译成蛋白质, 再经过翻译后 的磷酸化,糖基化等修饰,蛋白质折叠, 多亚基 多复合体还要进行组装,最后才能形成有功 能的单位. (gene --transcription-
translation — processing — folding — assembling — function unit)所以这些信 息这样一系列的过程是不可能只从单一 的
• 单分子结构技术 ， 在体结构研究（发展趋势）
5.为什么要研究结构生物学?
• 首先 :结构决定功能 ，说到底就是一个分子的三维结构决 定功能 ， 因此如果要了解一个分子的功能首先要知道三 维结构.人类基因组计划(Human Genome Plan, HGP )完 成后,为我们提供了大量的基因组序列 。但是基因只给出 了一个线性的序列,一个脱氧核苷酸的序列 ， 是一个间接 的信息； 而要知道更进一步的信息 ， 必须要测定蛋白质.
• 杂志：
• Journal of Structural
Biology (1990,IF=3.092) Journal of
Ultrastructure,Journal of Molecular
structure research
结构生物学
(HIV protease PDB:1a8k)
蛋白质功能与结构的主要类别－－分子开关
(Ras off and on PDB: 1pll and 121p)
蛋白质结构的稳定性
蛋白质需具有一定的结构稳定性才能行使其生物学功能
蛋白质稳定性可以定义为净自由能减少，一般为21-42 kJ/mol 三级结构由非共价和共价两类相互作用稳定，其中非共价相互作用为主
蛋白质四级结构
1. 蛋白质四级结构指的是相同或不同多肽链进一步相互 作用形成同源或异源寡聚 2. 分子间互补性对于四级结构的维持具有关键作用
3. 有时单个亚基必须在形成复合物状态时才能正确折叠
4. 不同亚基分子界面上的相互作用类型与稳定蛋白三级 结构的相互作用类型相似 5. 在分子间相互作用界面上可能会有被捕获的水分子
蛋白质功能与结构的主要类别－－结合
Myoglobin (PDB: 1a6k)
蛋白质功能与结构的主要类别－－结合
TATA binding protein (PDB: 1tgh)
蛋白质功能与结构的主要类别－－催化
(DNA polymerase PDB:3pw0)
蛋白质功能与结构的主要类别－－催化
AMP
AMP+AMPPNP/ATP
腺苷酸激酶(ADK)(PDB:2ak3,1ank)
蛋白质功能的不同层次
生化：酶催、信号、转运
遗传和细胞：表型、通路
生理和发育：综合多方面
结合 互补性 活性位点
分子识别和催化均依赖于互补性
分子识别依赖于蛋白质三级结构形成的特定微环境，而催化 反应则依赖于结合位点的特定微环境
蛋白质晶体示例
衍射
数据采集策略
1. 一般母体数据可选取1.0埃的X光波长采集（家用机在1.54 埃，同步辐射在1.0埃光质量较好） 2. 根据对称性、冗余度和信噪比确定所需扫描角度
《结构生物学课件》
结构生物学的研究可以帮助我们理解生命的起源、进化和疾病的发生机制。它为药物设计和生物工程等领域提 供了重要的基础。
分子生物学和结构生物学的关 系
分子生物学研究生物分子的序列，而结构生物学研究分子的立体结构。两者 密切相关，共同推动着生命科学的发展。
重要的生物分子结构
蛋白质结构
蛋白质是生命中最重要的生 物分子之一，它们的结构决 定了它们的功能，如酶活性、 信号传导等。
《结构生物学课件》
结构生物学通过研究生物分子的结构和功能之间的关系来揭示生命奥秘。本 课件将介绍结构生物学的重要概念和应用领域。
什么是结构生物学？
结构生物学是研究生物分子（如蛋白质、DNA、RNA等）的空间结构及其与功 能之间的关系的学科。通过解析分子的立体结构，揭示分子的生物学功能。
为什么需要结构生物学？
基因的结构
基因是生物体遗传信息的载 体，其结构由DNA分子编码。 了解基因的结构对于研究遗 传学具有重要意义。
膜蛋白的结构
膜蛋白是细胞膜上的重要蛋 白质，其结构决定了物质的 传输和信号的转导，对细胞 的生存和功能至关重要括α螺旋、β折叠等形式，是蛋白质分
子内部相对稳定的空间结构。
细胞器的结构
细胞器是细胞内的功能分区，如线粒体、核糖体、内质网等，它们具有特定 的结构和功能，对细胞的活动至关重要。
3
一级结构
由氨基酸链条的序列组成，决定了蛋白 质的基本组成和序列。
三级结构
由二级结构的空间排列组合而成，决定 了蛋白质的整体形状和功能。
DNA和RNA的结构
DNA和RNA是生命中的核酸分子，通过碱基序列的编码信息，决定了生物遗传信息的传递和表达。
膜的结构
细胞膜是细胞的保护屏障和物质传输通道，由磷脂双层和膜蛋白等组分构成， 具有复杂而精密的结构。
分子生物学和结构生物学的关 系
分子生物学研究生物分子的序列，而结构生物学研究分子的立体结构。两者 密切相关，共同推动着生命科学的发展。
重要的生物分子结构
蛋白质结构
蛋白质是生命中最重要的生 物分子之一，它们的结构决 定了它们的功能，如酶活性、 信号传导等。
《结构生物学课件》
结构生物学通过研究生物分子的结构和功能之间的关系来揭示生命奥秘。本 课件将介绍结构生物学的重要概念和应用领域。
什么是结构生物学？
结构生物学是研究生物分子（如蛋白质、DNA、RNA等）的空间结构及其与功 能之间的关系的学科。通过解析分子的立体结构，揭示分子的生物学功能。
为什么需要结构生物学？
基因的结构
基因是生物体遗传信息的载 体，其结构由DNA分子编码。 了解基因的结构对于研究遗 传学具有重要意义。
膜蛋白的结构
膜蛋白是细胞膜上的重要蛋 白质，其结构决定了物质的 传输和信号的转导，对细胞 的生存和功能至关重要括α螺旋、β折叠等形式，是蛋白质分
子内部相对稳定的空间结构。
细胞器的结构
细胞器是细胞内的功能分区，如线粒体、核糖体、内质网等，它们具有特定 的结构和功能，对细胞的活动至关重要。
3
一级结构
由氨基酸链条的序列组成，决定了蛋白 质的基本组成和序列。
三级结构
由二级结构的空间排列组合而成，决定 了蛋白质的整体形状和功能。
DNA和RNA的结构
DNA和RNA是生命中的核酸分子，通过碱基序列的编码信息，决定了生物遗传信息的传递和表达。
膜的结构
细胞膜是细胞的保护屏障和物质传输通道，由磷脂双层和膜蛋白等组分构成， 具有复杂而精密的结构。
生物科学专业导论课
生物科学专业导论课在今天的学术界和科研领域，生物科学是一个极具活力的领域，吸引着越来越多的研究人员和学生。
生物科学专业导论课作为学生进入这一领域的第一步，扮演着至关重要的角色。
本文将探讨生物科学专业导论课的意义、内容以及对学生的影响。
意义生物科学专业导论课的意义在于帮助学生建立对整个领域的整体概念和基础知识。
在这门课程中，学生将接触到生物科学的各个领域，包括细胞生物学、遗传学、进化生物学、生态学等。
通过学习这些基础知识，学生可以对整个生物科学领域有一个清晰的认识，为将来的深入学习和研究奠定基础。
内容生物科学专业导论课通常包括对生物科学的基本概念和原理的介绍，例如细胞理论、DNA结构和功能等。
此外，该课程还会介绍生物科学的研究方法和技术，如实验设计、数据分析等。
通过这些内容的学习，学生将了解生物科学领域的现状和发展方向，为未来的学习和职业规划做好准备。
对学生的影响生物科学专业导论课对学生的影响是深远而积极的。
首先，这门课程可以帮助学生确定自己是否对生物科学领域感兴趣，从而为未来的学业和职业选择提供指导。
其次，通过学习生物科学专业导论课，学生将建立起对科学研究的兴趣和理解，激发他们对科学进一步探索的热情。
最重要的是，这门课程将帮助学生建立扎实的基础知识，为未来的学习和发展打下坚实的基础。
生物科学专业导论课是学生进入生物科学领域的第一块砖，它承载着学生对这一领域的好奇和探索。
通过这门课程的学习，学生将探索生物科学的奥秘，了解科学研究的魅力，为未来的学习和事业发展奠定基础。
愿每一个走进生物科学领域的学子，都能在这门专业导论课中获得启迪和收获。
结构生物学introductionppt课件
• 2019，荣获Nobel生理医学奖:
K+ Channel的分子结构
分子生物学及电生理学实验表明 K+ Channel是一个单一的多肽，由四个亚基组成 每个亚基含6个跨膜螺旋 (S1-S6) S5与S6之间存在一个发夹区H5, 与形成选择性滤器有关 S4带正电荷，与电压门控有关 S6参与Channel的形成
• 由4个亚基构成的选择性滤器形 成一个短而坚固的狭孔，孔的直 径0.3nm
• 选择性滤器由3个主链羰基构成
:
K+ Channel的结构特点
:
K+ Channel的选择性 -为什么阴离子不能通过？
• 带负电的氨基酸〔红色〕 集中于通道两端的入口和 出口处
• 静电场作用 • 吸引阳离子 (cations) • 排斥阴离子 (anions)
受体结合位点
:
The Nobel Prize in Chemistry 2021
Venkatraman Ramakrishnan 1/3 of the prize MRC Laboratory of Molecular Biology Cambridge, United Kingdom
Thomas A. Steitz 1/3 of the prize Yale University New Haven, CT, USA
Drawing by John O’Brien, The New Yorker Magazine (1991) :
projection 2D photo
三维图像重构
• 在电镜下观察样品时，所看到的是样品 在垂直于电子束方向的投影〔二维信息）
• 要得到样品的三维结构，须将投影信息 〔二维信息〕转变为三维信息
K+ Channel的分子结构
分子生物学及电生理学实验表明 K+ Channel是一个单一的多肽，由四个亚基组成 每个亚基含6个跨膜螺旋 (S1-S6) S5与S6之间存在一个发夹区H5, 与形成选择性滤器有关 S4带正电荷，与电压门控有关 S6参与Channel的形成
• 由4个亚基构成的选择性滤器形 成一个短而坚固的狭孔，孔的直 径0.3nm
• 选择性滤器由3个主链羰基构成
:
K+ Channel的结构特点
:
K+ Channel的选择性 -为什么阴离子不能通过？
• 带负电的氨基酸〔红色〕 集中于通道两端的入口和 出口处
• 静电场作用 • 吸引阳离子 (cations) • 排斥阴离子 (anions)
受体结合位点
:
The Nobel Prize in Chemistry 2021
Venkatraman Ramakrishnan 1/3 of the prize MRC Laboratory of Molecular Biology Cambridge, United Kingdom
Thomas A. Steitz 1/3 of the prize Yale University New Haven, CT, USA
Drawing by John O’Brien, The New Yorker Magazine (1991) :
projection 2D photo
三维图像重构
• 在电镜下观察样品时，所看到的是样品 在垂直于电子束方向的投影〔二维信息）
• 要得到样品的三维结构，须将投影信息 〔二维信息〕转变为三维信息
12-结构生物学导论-5
位置修正 热参数修正
修正后新坐标
B refinement
map
手工模型重建
第二轮
后期 加水
CNS精修基本的基本步骤
make_cv.inp 第一轮修正前衍射数据的准备 generate_easy.inp 产生mtf文件 rigid.inp 刚体修正(分子置换法需要) anneal.inp 坐标修正 bindividual.inp 温度因子修正 新坐标 Model_map.inp (u=2, v=1) 2fo-fc电子密度图 Model_map.inp (u=1,v=1) fo-fc电子密度图 Model_stats.inp 统计结果 sa_omit_map.inp sa_omit 电子密度图 (后期用于检查可疑片段) water_pick.inp 帮助寻找水分子
分析电子密度图 → 二级、三级、四级结构 结构模型，原子坐标(不包括H原子)
晶体结构的分辨率
2dmin Sin max =
衍射分辨率 dmin = /2 理论极限
分辨率描述结构的精细程度
分辨率和hkl指数大小相关
-螺旋
6Å
5Å
4Å
3Å
2Å
-折叠片
6Å
5Å
4Å
3Å 2Å
3Å
1.6 Å
不同分辨率电子密度图 提供的结构信息
低分辨率
中分辨率 高分辨率
5~6Å
2.5 ~ 3.5 Å 1.5 ~ 2.0Å
分子形状、大小、非晶体学对称性
跟踪肽链、二级结构、侧链取向 侧链的精细结构、活性中心精细结构、辅基、 有序溶剂分子、其他小分子和离子
结构修正
• 晶体结构修的目的和任务 • 结构可靠性的判据 • 修正方法
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初始模型：R≤0.4 - 0.5 修正后的模型：R ≤ 0.30 ~分辨率
Rfree 交叉验证
衍射数据分为2组： 从可观测衍射数据中随机选取的约5% T 其余衍射数据A
工作数据 （A）用于结构修正 检验数据 （T）用于交叉验证, 不参与结构修正
R= ∑||Fo(h)|-k|Fc(h)|| / ∑|Fo(h)|
• 手性中心（如C）原子的手性 氨基酸L构型
• 非成键原子间的接触 距离 （如氢键、盐桥）
在减小 R 因子的同时，应保持立体化学参数接近 理想值
多肽链构象角
Ramachandran plot ～
CNS流程
初始坐标
topology *.top
Parameter
*.par
generate
蛋白质结构文件（mtf）
中分辨率 2.5 ~ 3.5 Å
跟踪肽链、二级结构、侧链取向
高分辨率 1.5 ~ 2.0Å
侧链的精细结构、活性中心精细结构、辅基、 有序溶剂分子、其他小分子和离子
结构修正
• 晶体结构修正的目的和任务 • 结构可靠性的判据 • 修正方法
结构模型误差的来源
• 生物大分子结晶不完善，导致： 衍射强度低，误差大 衍射数据分辨率有限
分子数，分辨率
• X-射线衍射数据采集 H K L I I |F|
• 解决相角问题
• 电子密度图的解释和初始结构模型的建立
(xyz) 初始模型
• 结构精修
精确结构
(原子 xj yj zj qj Bj)
• 分析结构特点功能、机理
复合物、突变体
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
刚体修正(分子置换法需要)
anneal.inp
坐标修正
bindividual.inp 温度因子修正 新坐标
Model_map.inp (u=2, v=1) 2fo-fc电子密度图
Model_map.inp (u=1,v=1) fo-fc电子密度图
Model_stats.inp 统计结果
sa_omit_map.inp sa_omit 电子密度图 (后期用于检查可疑片段)
hkl
模型
2|Fo|-|Fc| map |Fo|-|Fc| map
应与模型一致(用于修正全过程,通常等高线1.0 ) 正值表示模型该处缺少原子 负值表示模型该处有多余原子
(通常用于精修的中后期,通常等高线±3.0 )
|Fo|-|Fc| SA-omit map 模型中略去可疑片段后进行模拟退火SA修正 显示该片段的客观的电子密度
• 相角推算过程引入的误差 • 电子密度的解释和模型构建过程引入的人
为的误差
晶体学修正的目的
调整结构参数改进结构模型与衍射数据之间的吻合程度 同时保持结构模型的立体化学合理性
F(hkl)=K ∑ qj fj exp[2 i (hxj+kyj+lzj) - B j (Sin / )2]
j
F(hkl)= |F(hkl)| exp [i (hkl)]
http://alpha2.bmc.uu.se/hicup • 应按分子图形软件的要求,对电子密度图文件进行必要的格式转换
手工模型重建使用的各种电子密度图
常用的电子密度图: (2Fo-Fc) map, (Fo-Fc) map, SA-omit map
(xyz)=(1/V)∑ |Fhkl| exp (ihkl) [-i2 (hx+ky+lz)]
h∈A
Rfree= ∑||Fo(h)|-k|Fc(h)|| / ∑|Fo(h)|
h∈T
(hklh)
Rfree比R 更可靠和客观 同时监测R和Rfree
(Rfree> R,通常差值<0.05)
Rfree约保存在分辨率+0.2
立体化学参数
• 键长
与理想值的均方根偏差 rmsd<0.010 Å
• 键角
rmsd<1.8
结构参数 (H除外) ：坐标
xj yj z j
占有率 qj
热参数 B j （各向同性）
结构可靠性判据
• R 因子和 Rfree • 立体化学参数与理想值的偏差 • 多肽链构象角的合理性（Ramachandran
plot）
R 因子
R= ∑||Fo|-|Fc|| / ∑|Fo|
hkl
hkl
观测值 计算值
晶体结构的分辨率
2dmin Sin max =
衍射分辨率
dmin = /2 理论极限
分辨率描述结构的精细程度
分辨率和hkl指数大小相关
-螺旋
6Å
5Å 4Å
3Å 2Å
-折叠片
6Å
5Å
4Å
3Å 2Å
3Å 1.6 Å
不同分辨率电子密度图 提供的结构信息
低分辨率 5 ~ 6 Å
分子形状、大小、非晶体学对称性
电子密度图的解释 和结构修正
电子密度函数
(xyz) =（1/v）∑h ∑k∑lFhkl exp[-2i (hx+ky+lz)]
Fhkl = | Fhkl | exp (i hkl )
Fourier 加和,采用用快速Fourier变换技术 通常在三维晶胞中按 dmin/3 的格点进行计算
分析电子密度图 → 二级、三级、四级结构 结构模型，原子坐标(不包括H原子)
water_pick.inp 帮助寻找水分子
• 如果存在非晶体学对称性(NCS),精修过程应用NVS restraint,后期可放开 • protein.top, protein_rep.param, water.top, water_rep.param: CNS库文件
复合物中的小分子的 topopoly 和parameter文件的查询或建立可求助网站:
衍射数据 make_cv
工作数据 A和检验数据T
slow cooling SA
位置修正
B refinement
修正后新坐标
map
热参数修正
手工模型重建
第二轮
后期 加水
CNS精修基本的基本步骤
make_cv.inp 第一轮修正前衍射数据的准备
generate_easy.inp 产生mtf文件
rigid.inp
(用于精修后期纠正可疑片段, 通常等高线±3.0 )
手工模型重建是必要的
利用分子图形软件进行：如 COOT 纠正主链走向的局部错误,纠正侧链错误,加入溶剂分子,其他小分子和离子
重建前 Trp222侧链
重建并再修正后
糖
Trp222
蛋白质晶体结构测定的方法步骤
• 单晶生长
单晶
• 初步晶体学研究
空间群，晶胞参数
Rfree 交叉验证
衍射数据分为2组： 从可观测衍射数据中随机选取的约5% T 其余衍射数据A
工作数据 （A）用于结构修正 检验数据 （T）用于交叉验证, 不参与结构修正
R= ∑||Fo(h)|-k|Fc(h)|| / ∑|Fo(h)|
• 手性中心（如C）原子的手性 氨基酸L构型
• 非成键原子间的接触 距离 （如氢键、盐桥）
在减小 R 因子的同时，应保持立体化学参数接近 理想值
多肽链构象角
Ramachandran plot ～
CNS流程
初始坐标
topology *.top
Parameter
*.par
generate
蛋白质结构文件（mtf）
中分辨率 2.5 ~ 3.5 Å
跟踪肽链、二级结构、侧链取向
高分辨率 1.5 ~ 2.0Å
侧链的精细结构、活性中心精细结构、辅基、 有序溶剂分子、其他小分子和离子
结构修正
• 晶体结构修正的目的和任务 • 结构可靠性的判据 • 修正方法
结构模型误差的来源
• 生物大分子结晶不完善，导致： 衍射强度低，误差大 衍射数据分辨率有限
分子数，分辨率
• X-射线衍射数据采集 H K L I I |F|
• 解决相角问题
• 电子密度图的解释和初始结构模型的建立
(xyz) 初始模型
• 结构精修
精确结构
(原子 xj yj zj qj Bj)
• 分析结构特点功能、机理
复合物、突变体
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
刚体修正(分子置换法需要)
anneal.inp
坐标修正
bindividual.inp 温度因子修正 新坐标
Model_map.inp (u=2, v=1) 2fo-fc电子密度图
Model_map.inp (u=1,v=1) fo-fc电子密度图
Model_stats.inp 统计结果
sa_omit_map.inp sa_omit 电子密度图 (后期用于检查可疑片段)
hkl
模型
2|Fo|-|Fc| map |Fo|-|Fc| map
应与模型一致(用于修正全过程,通常等高线1.0 ) 正值表示模型该处缺少原子 负值表示模型该处有多余原子
(通常用于精修的中后期,通常等高线±3.0 )
|Fo|-|Fc| SA-omit map 模型中略去可疑片段后进行模拟退火SA修正 显示该片段的客观的电子密度
• 相角推算过程引入的误差 • 电子密度的解释和模型构建过程引入的人
为的误差
晶体学修正的目的
调整结构参数改进结构模型与衍射数据之间的吻合程度 同时保持结构模型的立体化学合理性
F(hkl)=K ∑ qj fj exp[2 i (hxj+kyj+lzj) - B j (Sin / )2]
j
F(hkl)= |F(hkl)| exp [i (hkl)]
http://alpha2.bmc.uu.se/hicup • 应按分子图形软件的要求,对电子密度图文件进行必要的格式转换
手工模型重建使用的各种电子密度图
常用的电子密度图: (2Fo-Fc) map, (Fo-Fc) map, SA-omit map
(xyz)=(1/V)∑ |Fhkl| exp (ihkl) [-i2 (hx+ky+lz)]
h∈A
Rfree= ∑||Fo(h)|-k|Fc(h)|| / ∑|Fo(h)|
h∈T
(hklh)
Rfree比R 更可靠和客观 同时监测R和Rfree
(Rfree> R,通常差值<0.05)
Rfree约保存在分辨率+0.2
立体化学参数
• 键长
与理想值的均方根偏差 rmsd<0.010 Å
• 键角
rmsd<1.8
结构参数 (H除外) ：坐标
xj yj z j
占有率 qj
热参数 B j （各向同性）
结构可靠性判据
• R 因子和 Rfree • 立体化学参数与理想值的偏差 • 多肽链构象角的合理性（Ramachandran
plot）
R 因子
R= ∑||Fo|-|Fc|| / ∑|Fo|
hkl
hkl
观测值 计算值
晶体结构的分辨率
2dmin Sin max =
衍射分辨率
dmin = /2 理论极限
分辨率描述结构的精细程度
分辨率和hkl指数大小相关
-螺旋
6Å
5Å 4Å
3Å 2Å
-折叠片
6Å
5Å
4Å
3Å 2Å
3Å 1.6 Å
不同分辨率电子密度图 提供的结构信息
低分辨率 5 ~ 6 Å
分子形状、大小、非晶体学对称性
电子密度图的解释 和结构修正
电子密度函数
(xyz) =（1/v）∑h ∑k∑lFhkl exp[-2i (hx+ky+lz)]
Fhkl = | Fhkl | exp (i hkl )
Fourier 加和,采用用快速Fourier变换技术 通常在三维晶胞中按 dmin/3 的格点进行计算
分析电子密度图 → 二级、三级、四级结构 结构模型，原子坐标(不包括H原子)
water_pick.inp 帮助寻找水分子
• 如果存在非晶体学对称性(NCS),精修过程应用NVS restraint,后期可放开 • protein.top, protein_rep.param, water.top, water_rep.param: CNS库文件
复合物中的小分子的 topopoly 和parameter文件的查询或建立可求助网站:
衍射数据 make_cv
工作数据 A和检验数据T
slow cooling SA
位置修正
B refinement
修正后新坐标
map
热参数修正
手工模型重建
第二轮
后期 加水
CNS精修基本的基本步骤
make_cv.inp 第一轮修正前衍射数据的准备
generate_easy.inp 产生mtf文件
rigid.inp
(用于精修后期纠正可疑片段, 通常等高线±3.0 )
手工模型重建是必要的
利用分子图形软件进行：如 COOT 纠正主链走向的局部错误,纠正侧链错误,加入溶剂分子,其他小分子和离子
重建前 Trp222侧链
重建并再修正后
糖
Trp222
蛋白质晶体结构测定的方法步骤
• 单晶生长
单晶
• 初步晶体学研究
空间群，晶胞参数