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不对称单元与晶胞,生物单元概念解析

不对称单元(Asymmetric Unit)是晶体学中的一个概念。定义是:在空间群的对称操作作用下,可以产生出晶胞中全部源自的最少数目的原子或原子团,就叫做不对称单元或不对称单位,也就是晶体学独立单元。也就是说不对称单元可以通过对称操作形成晶胞。我们从PDB数据库上下载的原子坐标文件就是其实是一个不对称单元中的原子数据。

那么什么是晶胞呢?

晶胞(unit cell):晶体中重复出现的最基本的结构单元。晶胞都是平行六面体,整块晶体可看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。所谓“无隙”,是指相邻晶胞之间没有任何间隙,相邻的八个平行六面体均能共顶点相连接。所谓“并置”,是指所有晶胞都是平行排列的,取向相同。晶胞是晶体中最小的结构重复单元;晶胞一定是平行六面体,其三条边的长度不一定相等,也不一定互相垂直。晶胞的形状和大小由具体晶体的结构决定,晶胞不能是八面体或六棱柱等其他形状;整个晶体就是晶胞按其周期性在三维空间重复排列而成的。

不对称单元,晶胞和晶体三者的关系如下:

如果还觉得抽象,那么我们举个栗子,随便从PDB上下载一份数据,比如PDB ID:3COM吧

我们用软件打开后,看到的就是一个不对称单元,如上图。白色线条组成的平行六面体就是晶胞。

然后我们用软件自带的对称操作来得到晶胞填满样子,如下图

可以看到一个晶胞内由4份不对称单元组成。我们如果把晶胞想象成一块砖头,那么他们堆叠起来就形成了一颗晶体。

下图就是3*3*3的晶胞堆在一起的样子:

Biological Assembly(生物学集合体?)跟不对称单元又有什么关系?

Biological Assembly有时候又被称为生物学单元(biological unit),从生物学功能上定义的单元。比如有功能的血红蛋是4聚体,这4聚体就称为一个生物学单元。 不对称单元可能包含一个biological assembly;也可能只是biological assembly的一部分;也可能包含多个biological assembly。

以血红蛋白为例:

PDB ID为2hhb的不对称单元中含有一个血红蛋白分子(4条链)

PDB ID为1out的不对称单元中则含有半个血红蛋白分子(2条链)

PDB ID为1hv4的不对称单元中则含有2个血红蛋白分子(8条链),但是这个2个血红蛋白分子的构象不是完全一样。

最后,需要强调的是,从晶体结构推导出的Biological Assembly并不能反应真实溶液中的聚体状态,只能作为辅助手段。

Souce: 纽普生物    2019-04-26