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。
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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。