所有天然存在的蛋白质都是手性的,这种手性在生物学上是重要的,对X射线晶体学研究也有影响。分子一般可以以230种不同的方式结晶,即具有230种不同的空间群。手性分子只能在这些堆积方式中的65个中结晶。其余的165个为中心对称的空间群,包含一个对称中心或者反演中心,要求分子及其镜像对映体以相同数量存在,或者分子本身是中心对称的,这些都不可能存在天然蛋白质中。手性分子及其对映体构成的混合物倾向于以等摩尔量的对映体有序地排列方式在晶胞中形成外消旋晶体。随着蛋白合成技术的发展,外消旋结晶逐渐成为传统蛋白结构测定的一个强大且具有吸引力的替代方案。理论与实验逐渐证明,外消旋混合物结晶比单一手性化合物结晶更容易。此外在中心对称的空间群中,因为相位只有0或者π,使得结构测定比手性空间群更简单,更强大。为了节省合成的花费,或者采用重原子衍生物,结构上具有细微差别的镜像对映体的两个分子可以形成准外消旋结晶这一现象被发现与应用。例如27位二泛素与Gly₇₆突变为丙氨酸的D型27位二泛素的准外消旋混合物可以形成蛋白晶体。外消旋或准外消旋结晶逐渐成为了一个获得生物大分子的晶体结构的有用技术。然而在外消旋或准外消旋结晶中,生物大分子与其对映体相互差别的程度仍然未知。本论文报道了一个新的发现,即D型单泛素分子可以与多种不同的L型二泛素,三泛素甚至四泛素共结晶得到准外消旋晶体。在这些共结晶的晶体中,D型单泛素可以自发的形成L型寡聚泛素链的假镜像对称形式。这个单/寡准外消旋结晶现象扩充了外消旋结晶的概念。通过单/寡准外消旋结晶技术,我们首次获得了线性三泛素,线性四泛素与K11/K63分叉三泛素的晶体结构。本论文还运用外消旋结晶技术获取难以结晶的多肽毒素的晶体结构。论文作者通过基于酰肼连接的两段法合成了针对心肌与平滑肌中L型钙离子通道的多肽毒素抑制剂——calciseptine,FS-2,calcicludine。作者通过外消旋与准外消旋结晶的方法确定了calciseptine,FS-2与calcicludine的晶体结构,并且发现calciseptine与FS-2呈现出一个典型的三指结构,calcicludine展现了Kunitz蛋白酶抑制剂结构。综上所述,本论文发现了一种新的准外消旋结晶现象——单/寡准外消旋结晶,并将其应用在获取新的泛素结构。本论文还应用外消旋或准外消旋结晶技术,获取了新的毒素结构,为毒素药物的发展提供了结构基础。