nobelprize01 生物巨分子（包含 DNA、RNA 和蛋白質）的三維結構 ;全世界蛋白質資料庫(wwPDB) 組織宣佈蛋白質資料庫存檔現在包含超過100000 項

由单个分子产生的X 射线散射是一个连续的函

 

人类大脑与量子力学

 

    周六这天X起了个大早，虽然昨天的经历让他做了一整夜的梦。在梦中X在一颗大脑中行走，跌跌撞撞，一会儿被突触开启的离子通道推推搡搡，一会儿被神经元电位感应的头皮发麻。周遭的神经元在彼此通话，他们在窸窸窣窣的议论，“这是谁啊？”“异物！消灭！”紧接着一个巨大钠离子就朝自己滚动过来企图压扁自己，而脚下的神经元则缠住自己的脚踝让自己动弹不得，千钧一发之际，以为必死无疑，周围却一片静寂，睁开眼发觉原来钠离子已经被什么挡住了表情惊恐，神经元们也都屏息凝神呈畏惧状，“不要怕！发现我！”熟悉的声音在耳边响起。X一边刷牙一边细细的回忆这个梦境，有时梦，是人们通向真理的一扇门。姑且不论额外维，物理教授昨晚的话在今天想起来，最重要的部分倒是可以说成：即便是人类大脑和意识，也要服从量子力学的统治。可是量子力学是如何在大脑中发挥作用的呢？梦境中的神经元虽然庞大的像个章鱼，但是大脑中实际存在的却是大量的重离子，和处于不同状态的电子，虽然从神经元层面看特征尺度仍在亚毫米量级，和量子力学尺度相比算是宏观物体，但宏观体系可不可以产生量子力学效应呢？如果有，这种效应的表现是什么呢？想到这里，X匆匆抹了一把脸，走到书房打开电脑，准备仔细查一查相关的研究。

 

    量子力学和人类大脑的关系，可以说是一个并不新鲜的问题了。自打量子力学横空出世，在诸多经典力学力所不能及的领域大展拳脚之后，人们就关注到大脑中可能存在的量子现象，以及其对人的意识和认知所起的作用。X发觉自己的猜测没有错，人的大脑中很可能存在量子相干态，这是和超导或者玻色-爱因斯坦凝聚类似的宏观物体的相干态，不同在于超导和玻色-爱因斯坦凝聚是低温现象，但是人类大脑中却可能存在常温的态相干。大脑中常温的量子相干现象，有赖于神经元生物结构，以及大量神经元的有序排列：每一个神经元末梢的突触就像一个由离子掌控的电门，一次放电产生一次电位的震荡，而一个震荡会导致诸多神经束产生共振，这种共振同时跨越了不同的脑区，是解读人脑思维速度的有力的提法之一，要知道人脑电脉冲仅仅以百米的速度在神经元间传递！看到这里X仔细阅读了一下量子力学中一些核心的概念，特别是纠缠态，这关乎被测量系统和测量仪器（环境）之间的关系，是说二者本身就应当被当做一个整体来看待，这也是当年玻尔回应爱因斯坦等三人的EPR佯谬时的思想核心所在，只不过他当时是说两个分开两地的粒子应该被当做一个整体来看待。基于纠缠态以及其相关的量子退相干、波包塌缩理论，像EPR佯谬、薛定谔猫这类的“不正确的提问”都能得到准确的量子力学理解，而不必借助海森堡的“仪器对粒子的不可控制的影响”这个难以界定的说法，因而可以想见试图寻求隐变量的贝尔实验必然失败。X看的饶有兴味，这时候手机在卧室响起，现在不过九点钟，会是谁呢？

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由X 射线晶体学揭示的生命进程中的化学基础 - SCIENCE ...

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由单个分子产生的X 射线散射是一个连续的函. 数. 而在三维空间周期性排列的单元形成的晶体对X. 射线的散射则会依据晶格的周期性(有倒易关系)产. 生离散的衍射点

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X射线晶体学- 维基百科，自由的百科全书
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但是，到目前為止還不能用X射線對單個的分子成像，因為沒有X射線透鏡可以聚焦X射線，而且X射線對單個分子的繞射能力非常弱，無法被探測。而晶體（一般為單晶） ...




1. heat is continuous, x-ray discrete

   
   

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

固体的光散射讲座揣利光散射及溶液中大分子动态性质的研究

www.wuli.ac.cn/CN/article/downloadArticleFile.do?...

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由 戴乐山 著作 - ‎1985 - ‎被引用 1 次 - ‎相關文章

热运动，散射粒子的位置有变化，导致散射的总. 光强有起伏， 因此额旺散射光的起伏特性就可 .540. 探测散射粒子的热运动. 动态光散射就是测量. 散射光的起伏特性，

X射线衍射法_百度百科

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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 ... 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。

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X-ray 繞射基礎原理介紹

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所以crystallography就是利用X光來研究分子堆積在crystal狀態下的行為。 ... 右邊這張圖是說S0寬度為d，當波長與d相近會產生diffraction的現象，當光柵有兩個以後， ...

X射線晶體學- 台灣Wiki

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但是，到目前為止還不能用X射線對單個的分子成像，因為沒有X射線透鏡可以 ... 方位相同的分子，X射線對這些分子的衍射疊加在一起就能夠產生足以被探測的信號。

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波和物体之间的相互作用产生的衍射)以及傅立叶变. 换和群论等数学原理, 提供键长、化学亲和性、分子. 运动性等结果. 由单个分子产生的X 射线散射是一个连续的函.

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盧天惠教授第一篇基本原理第一章X光1-1引言無論基礎科學 ...

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產生;由入射電子的加速或減速說明連續X光譜;由X光的吸收特性選擇材料，濾掉無用 ... 接著X光在各領域蓬勃發展，其中以晶體結構為最，根據分子結構上的鍵長與鍵 ...

X射線晶體學—結構生物學—生物物理

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但是，到目前為止還不能用X射線對單個的分子成像，因為沒有X射線透鏡可以 ... 方位相同的分子，X射線對這些分子的衍射疊加在一起就能夠產生足以被探測的信號。

科学网—X射线晶体分析方法的新突破- 诸平的博文

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2013年4月7日 - 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 ... 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。

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第七章X-光晶體繞射學與結構生物學X-ray Crystallography ...

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蛋白質資料庫現在包含100,000 個結構

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2014年5月14日 - 跨過從美國的地球，英國和日本，全世界蛋白質資料庫(wwPDB) 組織宣佈蛋白質資料庫存檔現在包含超過100000 項。 在1971年設立，實驗確定的 ...

DNA到蛋白質的過程

　

Posted by Mr. Thursday

首先，我們先提到蛋白質(protein)。蛋白質非常重要，因為我們生物的細胞，到處都是蛋白質的組成，所以蛋白質就像身體的磚塊一樣，不能缺少。生物從出生以後，還要面對環境的各種挑戰，就像汽車出廠以後，還是要保養，有時候還要維修。所以我們的身體也有自我維護的能力，以及適應環境的時候，身體各部分彼此調節的能力。舉例來說，吃飽飯以後，血糖升高，就有胰島素(insulin)來轉換成肝糖，如果缺少胰島素，就變成糖尿病(diabetes)了。我們從食物吸收的脂肪，如果在肝臟沒有辦法代謝，就變成高血脂症(hypercholesterolemia)了。血紅蛋白(hemoglobin)上的一個位置的小突變，會讓紅血球成為鐮刀狀，變成鐮刀型貧血。身體中需要各種酵素(enzyme)，才能讓各種化學反應進行，體溫能夠保持在37度C，血液的酸鹼度能夠維持在正常值，這些由蛋白質組成的酵素也都非常重要。因此，無論是細胞的構成，或是身體器官之間的訊息傳遞和調節，蛋白質都是不可或缺的。

　

蛋白質與胺基酸

　

蛋白質又是甚麼東西組成的呢？蛋白質是由胺基酸(amino acid)所組成的。胺基酸顧名思義就是一種酸，因此有酸基。下圖顯示了一個胺基酸的基本架構：

左手邊就是胺基(amino group)，右手邊是羧基(carboxyl group)，上面字母R的地方稱為side chain，這個地方會帶入不同的化學基，不同的化學基連上去，就形成不同的胺基酸。下圖列出人體中常見的20種胺基酸，粉紅色的框框就是side chain有變化的地方：

有了這些胺基酸，經由身體內的機制組合起來，就變成多肽鏈(poly peptide)，成了蛋白質最原始的結構，也就是一堆胺基酸串起來的樣子。之後蛋白質還會自己摺疊(folding)，成為特定的形狀，才有特殊的功能和活性，在身體裡面扮演特殊的功能，像是成為某一種酵素等等。

蛋白質的結構可以分為四種：

1. 一級結構：就是多個胺基酸串聯起來的結構
2. 二級結構：胺基酸之間有氫鍵(hydrogen bond)的連結
3. 三級結構：可以視為二級結構的子單位之間，經過摺疊(folding)成為的三級結構
4. 四級結構：不同的摺疊過的三級結構子單位，結合後變成四級結構

下面這張圖可以幫助大家清楚各種結構的關係：

　

DNA與基因密碼

知道了蛋白質和組成的胺基酸以後，我們就可以認識基因密碼是甚麼了。基因(gene)是一組有意義的遺傳單位。首先先看看我們人體的細胞：

一般人體的細胞都具有細胞膜、細胞質、細胞核、以及一些重要的胞器。在細胞核裡面有染色體(chromoson)，是由一些蛋白質和DNA所組成的物質，攜帶著遺傳的密碼。DNA中文叫做去氧核糖核酸，顧名思義，就是核苷酸(nucleotide acid)去掉一個氧原子所形成，包含一個含氮鹼基，一個五碳糖和一個磷酸基。肉眼看不到DNA，只能透過顯微鏡觀察，化學式如下：(左手邊是磷酸基，橘色方框內是含氮鹼基，右下方是五碳糖，OH少掉一個氧原子變成H)

染色體上面的DNA排列，就是所謂的基因。因為DNA攜帶的鹼基不同，就代表者不同的編碼，最後可以透過身體裡面的機制來製造不同的蛋白質，發揮不同的功用，因此稱為基因密碼。人類的DNA只有四種鹼基，分別是adenine,cytonine,guanine,thymine。我們後來就簡稱為ATCG四個字母來代表。因此DNA一連串的編碼，像是AATTCCTTAAGATTCT，就可能是一段基因密碼，代表將來要製造哪一種蛋白質。DNA會兩條形成一對，並且因為氫鍵的關係形成雙螺旋結構(double helix)，因為組成核苷酸的四個含氮鹼基–ATCG–裡面，A和T會形成氫鍵，C和G會形成氫鍵，所以永遠是A對T，C對G, 如下圖：

另外一種核苷酸是 RNA, 中文叫做核糖核酸。和DNA不同的是他的五碳糖中第二個碳接的是OH，而DNA中接的是H. 另外 mRNA 中四種含氮鹼基是AUCG，和 DNA 的ATCG 不同，如下圖

　

　

從DNA到蛋白質

DNA和蛋白質究竟是甚麼關係呢？首先DNA會先經過某些酵素，透過特殊物質的作用，開始或停止蛋白質的製造，這部分就是基因表現的調控(regulation)。一旦DNA開始製造蛋白質，第一步是把DNA上面的基因密碼，製造成為一個模板，稱為mRNA(messenger RNA)。RNA 作一個比喻：如果DNA密碼是我們照相的時候，想要拍攝的風景，mRNA就是拍攝後具有影像的底片，底片經過沖洗後的照片，就是蛋白質了。DNA到mRNA的這個過程，叫做轉錄(transcription)，一段DNA如果是ATTGAC，轉錄的mRNA就會是UAACUG，。
轉錄後的下一步，是轉譯(translation)。這時後有第二種RNA出現，叫做tRNA(translation RNA)。tRNA和mRNA一樣，都是由核苷酸所組成，DNA剛才提到是由去氧核糖核酸(核苷酸去掉一個氧原子)組成的，DNA有四個含氮鹼基ATCG，RNA則是有AUCG四個含氮鹼基。tRNA具有一種髮夾(hair-pin)的結構：

tRNA上頭攜帶著一種胺基酸，下面有一個可以和mRNA對應的地方，稱為Anti-Condon。這時候還有第三種RNA叫做rRNA(ribosome RNA)，形成核糖體(ribosome)。如果用剛才照相的比喻，ribosome就是沖洗相片的暗房。mRNA是底片，上面印著和風景顏色互補的景象，也就是和DNA相互補的編碼。mRNA在酵素帶領下進入ribosome，接者每三個鹼基為一個單位(舉例:AUU一個單位，UGC一個單位等等)，和tRNA做比對，如果和某個tRNA下面的Condon比對成功，tRNA就會附著在這一個單位的mRNA上面，此時這個tRNA上頭攜帶的胺基酸，就成為這三個鹼基所代表的胺基酸，(AUU代表Isoleucine這個胺基酸)。比喻來說，底片上的某一塊區域(mRNA的某一小段)，在暗房裡面(ribosome裡面)，透過沖洗相片的東西(tRNA上面攜帶胺基酸，下面的Condon比對mRNA)，沖洗成照片(上面的胺基酸串成一長條，成為蛋白質的一級結構)。這整個過程可以用下圖表示：

而mRNA上面每三個單位，會對應到的胺基酸，經過實驗以後得出以下的表格：

製造出來的一整條胺基酸，再經過摺疊和次級單位組合以後，就變成有功用的蛋白質，留在細胞內或是運出細胞膜，也可能在等待與某種離子結合之後發揮活性，參與整個身體的功能，包括在本文前面講到的各種功能，像是醣類、脂肪的代謝，或是紅血球的形狀了。

　

總結

1. DNA經過轉錄(transcription)形成mRNA
2. mRNA和tRNA在ribosome(rRNA組成)裡面轉譯(translation)出胺基酸鏈
3. 胺基酸鏈(多肽鏈polypeptides)自行組成蛋白質的一級到四級的結構
4. 蛋白質最後在參與全身的各種功能，包括組成身體或調節身體機能

延伸閱讀

• 陽明大學畫說DNA網站： DNA From the Beginning
• 生物科技面面觀：生命的螺旋 生命的藍圖
• MIT開放式課程：Introduction to Biology, Fall 2004. (video lecture)

81

圖一、大腸菌素及其免疫蛋

白之蛋白質結晶

第七章

X-光晶體繞射學與結構生物學

X-ray Crystallography and Structural Biology

鄭貽生、蔡麗珠、楊維仁、袁小琀

中央研究院 分子生物研究所 研究員

一、前言

晶體學(crystallography)是和天文學一般古老的科學。早在十五世紀時，科學家就發現晶

體有不同的晶面。物理學家William C. Rontgen 在二十世紀初發現了X-光，一對父子檔科學

家Lawrence Bragg 和William Bragg 緊接著在1913 年運用X-光照射在晶體上所產生之繞

射，而測定出一些無機鹽類小分子的結構。然而此後一直到1960 年左右，Max F. Perutz 和

John C. Kendrew 才克服了種種困難，測定出血紅素(hemoglobin)和肌血紅素(myoglobin)這

些巨大複雜的蛋白質的三維結構，從此展開了一個承先啟後的新學門─蛋白質晶體學。

生物巨分子（包含 DNA、RNA 和蛋白質）的三維結構，已漸漸成為在分子層次上了解

各種生命現象所不可或缺的要素。而X-光晶體繞射學是獲得高解析度蛋白質三維結構最有效

的方法。至今（2002 年8 月）在蛋白質資料庫中共存有16,558 個結構，其中14,237 個結構

是經由X-光晶體繞射技術所測定的。我們所知道的一些結構生物學基本概念，也大多源於巨

分子晶體結構的研究成果。1990 年以前在蛋白質資料庫中僅有五百多個結構，近十年來結構

測定的速度快速增加，不論在生命科學裡的哪一個領域，訊息傳遞、基因調控、免疫學、藥

物設計、基因工程等等各個學門，不可避免的將會感受到蛋白質晶體學一波又一波強大的影

響力。

二、X-光蛋白質晶體繞射學原理

1. 蛋白質純化與結晶

獲得蛋白質的晶體結構的第一個瓶頸，就是製備大量純化的

蛋白質(>10 mg)，其濃度通常在10 mg/ml 以上，並以此為基礎

進行結晶條件的篩選。運用重組基因的技術，將特定基因以選殖

(clone)的方式嵌入表現載體(expression vector)內，此一載體通

常具有易於調控的特性。之後再將帶有特定基因的載體送入可快

速生長的菌體中，如大腸桿菌(Escherichia coli)，在菌體快速生

長的同時，也大量生產表現載體上的基因所解譯出之蛋白質。一

82

圖三、大腸菌素及免疫蛋白晶體，以CCD

所偵測之X 光繞射點圖

般而言純度越高的蛋白質比較有機會形成晶體，因此純化蛋白質的步驟就成為一個重要的決

定因素。

在取得高純度的蛋白質溶液後，接下來就是晶體的培養。蛋白質晶體與其他化合物晶體

的形成類似，是在飽和溶液中慢慢產生的，每一種蛋白質養晶的條件皆有所差異，影響晶體

形成的變數很多，包含化學上的變數，如酸鹼度、沈澱劑種類、離子濃度、蛋白質濃度等；

物理上的變數，如溶液達成過飽和狀態的速率、溫度等；及生化上的變數，如蛋白質所需的

金屬離子或抑制劑、蛋白質的聚合狀態、等電點等，皆是養晶時的測試條件。截至目前為止，

並無一套理論可以預測結晶的條件，所以必須不斷測試各種養晶溶液的組合後，才可能得到

一顆完美的單一晶體(圖一) (1-3)。

蛋白質晶體的培養，通常是利用氣相擴散法

(Vapor Diffusion Method)的原理來達成；也就是將

含有高濃度的蛋白質(10-50 mg/ml)溶液加入適當的

溶劑，慢慢降低蛋白質的溶解度，使其接近自發性

的沈澱狀態時，蛋白質分子將在整齊的堆疊下形成

晶體。舉例來說，我們將蛋白質溶於低濃度(~1.0 M)

的硫酸銨溶液中，將它放置於一密閉含有高濃度

(~2.0 M)硫酸銨溶液的容器中，經由氣相平衡，可以

緩慢提高蛋白質溶液中硫酸銨的濃度，進而達成結

晶的目的(圖二)(4)。

蛋白質晶體在外觀上與其他晶體並無明顯不同之處，但在晶體的內部，卻有很大的差

異。一般而言，蛋白質晶體除了蛋白質分子外，其他的空間則充滿約40 %至60 %之間的水

溶液，其液態的成分不僅使晶體易碎，也容易

使蛋白質分子在晶格排列上有不規則的情形出

現，造成晶體處理時的困難及繞射數據上的蒐

集不易等缺點。但也由於高含水量的特性，讓

蛋白質分子在晶體內與水溶液中的狀態，極為

相似。所以由晶體所解出的蛋白質結構，基本

上可視為自然狀態下的結構。

2. 繞射數據的記錄

X 光繞射點蒐集，隨著時間的推移，也由

早期以閃爍計數器(scintillation counter)一次記

錄一個點及使用許多X-光片(X-ray film)拍下繞

射點，每張X 光片都要經過顯影的步驟；之後

圖二、Vapor Diffusion Method 原理

83

進而使用多重金屬絲板(multiwire)自動記錄每次偵測到的繞射點。目前使用的螢光記錄板

(image plate)，則是利用磷化物經X 光激發後會產生螢光，經螢光掃描器記錄成數位模式的

影像檔後，再以燈光照射一段時間去除記錄板上的螢光點，即可再進行下一次的記錄工作。

電荷耦合器(charge-coupled devices, CCD)的出現及技術的改良，可以不斷地記錄繞射點，

而不需螢光板掃描及去除步驟，如此將加速繞射點的蒐集。目前的同步輻射光源幾乎全部使

用CCD 來記錄繞射數據(圖三)。

在實驗室中的 X 光光源的產生，一般使用銅作為旋轉式陽極靶(rotating anode)，可以產

生波長為1.54 Å Cu Kα放射光。不過，以目前發表的文獻來看，在同步輻射(synchrotron)光

源所蒐集的資料有增加的趨勢，因為同步輻射所提供的X 光束，其強度較實驗室強約百倍、

甚至上千倍，同時它也可以改變不同頻段的波長，以供非尋常散射(anomalous dispersion)

的實驗研究(見相角決定方法一節)。

3. 繞射原理

單一分子在 X 光下的訊號極弱，無

法被記錄下來，然而在晶體中通常是由

許多排列整齊的蛋白質分子所組成，當

晶體內所有的分子(數量約在1015 個以

上)一起在同一個方向上進行繞射且繞

射波皆同步時，即足以使所產生的訊號

被記錄下來。每一個繞射波的強度與其

振幅(amplitude)的平方成正比。但繞射

波的另一個變數， 繞射波的相角

(phase)，則無法直接測量得到，必須利

用其他的方法方能獲得(見相角決定方

法)。若是繞射點振幅與相角都可獲知，

則可以進一步地來計算晶體中的電子密

度圖。下列方程式即是著名的傅立葉轉

換公式，ρ表示在晶體中任何一個位置上

(x, y, z)的電子密度，φhkl 為繞射光相角，|Fhkl|為繞射光振幅，可由實驗測得的繞射光強度開

平方獲得。

(xyz) F exp[i hkl 2 i(hx ky lz)]

hkl

ρ=Σhkl φ−π+ + 傅立葉轉換公式

所以若是記錄了所有的繞射波的強度(h,k,l)，並計算出所有繞射光的相角，帶入這個公式，蛋

圖四、蛋白質結晶經X 光繞射所得之電子密度圖

(A)解析度為2.0 Å 之電子密度圖；

(B)在鋅的吸收邊緣進行繞射實驗的非尋常散射

差異電子密度圖，可以標定鋅離子的位置。

84

白質在晶體內的結構，就以電子密度圖的方式呈現在我們的眼前了(圖四)。

4. 相角決定方法

決定相角通常有三種常用的方法，分別是同型置換法(isomorphous replacement

method) 、非尋常散射法(anomalous dispersion method) 以及分子置換法(molecular

replacement) ，現在分述如下：

(a) 同型置換法

同型重原子置換法最早的應用是在 1954 年，用來解出血紅蛋白hemoglobin 的

相角，需要在晶體蛋白質的內部加入重原子。通常以浸泡的方法使重原子能夠滲透

(diffuse)進入到晶體內部和蛋白質結合。這些重原子對X 光產生較大的繞射，對繞射

點的強度會有明顯的差異，根據這些差異，可定出重原子的位置，並進而推算出蛋

白質晶體繞射光的相角。理論上，若是只獲得一組重原子衍生物數據(single

isomorphous replacement, SIR)，經計算後，其解並不是唯一的；因此通常會結合

數個不同的重原子衍生物所得到的數據(multiple isomorphous replacement, MIR)，

來求得更精確的相角。

(b) 非尋常散射法

較重的原子會吸收特定波長的 X 光，運用接近吸收邊緣(absorption edge)的X

光進行繞射實驗時，會產生不尋常的X 光散射或吸收現象，稱為非尋常散射

(anomalous scattering)，此一現象可導致繞射振幅及相角的改變。經由數個不同波

長的X 光照射，記錄吸收邊緣前後所產生的不同繞射結果，可依此計算出相角。由

於它使用數個不同波長，所以稱為「多波長非尋常散射法」(multiwavelength

anomalous dispersion, MAD)。使用這個方法的前提是X 光的波長需依重原子的特

性加以調整，而一般在實驗室的X 光通常是屬於固定波長的，並無法滿足這個方法，

所以非尋常散射法就需要利用同步輻射可變波長的光源來完成(5)。目前很多實驗室

使用硒化甲硫胺酸(selenomethionine)來取代甲硫胺酸 (methionine)，在養菌的同時

加入硒化甲硫胺酸，使蛋白質的形成過程帶入含有重原子硒的硒化甲硫胺酸，接下

來養出蛋白質晶體，在硒的吸收邊緣進行繞射實驗，並運用MAD 的方法來計算出蛋

白質晶體繞射波的相角(圖四)。

(c) 分子置換法

若是一個未知的蛋白質與另一已解出結構的蛋白質，在胺基酸序列具有30 %以

上的一致性(identity)，表示這兩個蛋白質的結構可能類似，可以利用分子置換法來計

算出未知蛋白質的相角。利用已知蛋白質之結構分子帶入晶體中尋找旋轉及位移的

可能位置，解析出結構(6)。隨著蛋白質結構的增加，可以發現類似的蛋白質具有相

同的折疊方式，而出現新的折疊的機率也相對減少，所以只要未知的蛋白質在蛋白

質資料庫(Protein Data Bank, PDB)中，找到序列上具有同源性(homology)的已知結

85

構時，即可在取得晶體繞射數據後，快速地運用分子置換法來解決相角問題。

5. 三維結構模型之建立及修正

藉由電子密度圖的三維構形，可將每一個胺基酸依蛋白質序列建立蛋白質的起始模型。

蛋白質的起始模型，常由於相角的解不夠完美，使計算出來的電子密度圖產生誤差，誤導模

型的走向，因此需要做進一步的改善，稱為修正(refinement)。修正的目的在於進行立體化學

(stereochemistry)(如胜鍵鍵長、鍵角、胺基酸構形)最佳化的同時，減少計算與實驗繞射點

強度的差異，用來評估的數值則是「剩餘值(R-factor)」：

其中 Fobs 及Fcalc 分別表示觀察值與計算值的繞射光振幅。儘可能將剩餘值降到最低，直

到進一步的修正無法減少其值為止，即達最終的蛋白質結構模型。大部分修正後可接受的剩

餘值約0.2 (20%)。但低的剩餘值，並不代表其結構就是正確的。已有數個例子顯示在蛋白質

結構上的某些部分不正確時，仍可能獲得較低的剩餘值。因此Brünger (7)在1992 年提出一個

交互驗證的程序，也就是取出部分的繞射點(建議為10%)，