Co je rentgenová krystalografie?

Reginald DaveyReviewed Michael Greenwood, M. Sc.

X-Ray krystalografie je nástroj používaný, aby poskytují strukturální informace o molekulách. Technika byla vyvinuta v roce 1912 William Henry Bragg a William Lawrence Bragg (otec a syn tým, který získal v roce 1915 Nobelovu Cenu za Fyziku za svou práci na poli), který postavil na starší práce Max von Laue.

Von Laue zjistil, že tím, že svítí X-paprsky přes síran měďnatý krystal na fotografickou desku, difrakční skvrny, které se vztahují k krystalické struktuře vzorku byly vyrobeny.

Přeskočit na:

• úvod do rentgenové Krystalografie
• Metodika
• Aplikace X-ray krystalografie
• Shrnutí

Gregory A. Pozhvanov /

úvod do rentgenové krystalografie

rentgenová krystalografie používá elektromagnetické záření (konkrétně rentgenové záření) k určení molekulární a atomové struktury krystalu. Struktura krystalu způsobuje difrakci rentgenových paprsků v určitých směrech. Analýzou intenzit a úhlů těchto paprsků lze určit polohu a uspořádání elektronů v krystalické struktuře.

pak může být vytvořen trojrozměrný obraz elektronových hustot. Informace, jako je například střední polohy atomů ve struktuře, kovalentní vazby mezi nimi a jejich krystalografické poruchy lze pak určit, která představuje trojrozměrné struktury molekuly.

důvodem, proč se v tomto procesu používají rentgenové paprsky, je to, že mraky elektronů jsou ve stejném měřítku jako vlnová délka rentgenového záření. To znamená, že záření je vychýleno a rozptýleno elektrony atomů v krystalu. Vychýlené rentgenové paprsky vytvářejí rozložení rozptylu, které je úměrné úhlu rozptylu. Braggův zákon se používá k popisu tohoto.

vzhledem k tomu, že mnoho různých typů struktur může tvořit krystaly, rentgenová krystalografie může mít mnoho výzkumných aplikací. Mezi látky, které lze touto metodou analyzovat, patří soli, minerály, kovy, polovodiče a biologické sloučeniny včetně proteinů, nukleových kyselin a vitamínů.

nejtěžší částí procesu je pěstování dokonalého krystalu, protože je to nutné k poskytnutí přesných informací o vzorku. Některé makromolekuly, zejména ty s vysokou atomovou hmotností, jako jsou membránové proteiny, mohou být obtížné krystalizovat.

Mnoho různých oborů, včetně biologie, chemie a geologie našli využití pro tato výkonná a přitom jednoduchá technika.

Metodika

X-ray krystalografie stroj pracuje s využitím čtyř-kruh difraktometr. To funguje otáčením krystalu a deflektoru mezi zdrojem rentgenového záření a obrazovkou. Obrazovka přijímá rentgenové paprsky, které prošly krystalem.

X-Ray krystalografie experimenty jsou rozděleny do čtyř kroků:

• Protein krystalizace
• Výroba difrakční obrazec
• Analýza difrakční obrazec se produkují elektronová hustota mapa
• Stanovení struktury proteinů.

jak již bylo zmíněno, nejtěžší částí procesu je dosažení dokonalé krystalové struktury pro analýzu. Protože poloha elektronů musí být přesně mapována, je důležité, aby struktura byla bezchybná.

difrakční vzor je vytvořen na obrazovce rentgenovými paprsky, které byly absorbovány atomy v krystalu, které zanechávají tmavé difrakční skvrny. Jejich hustota se mění s množstvím interference mezi difraktovanými elektrony v každém bodě. Tyto skvrny představují přesně elektronovou hustotu, kterou lze mapovat.

po vytvoření mapy hustoty elektronů je analýza krystalografických dat relativně přímočará. To dělá, nicméně, vyžadují komplexní matematiku, aby smysl informací. V počátcích rentgenové krystalografie byly tyto výpočty prováděny ručně, ale nyní se k jejich provádění používají počítače.

použitý výpočet se nazývá Fourierova transformace. Tento výpočet transformuje data do trojrozměrné reprezentace atomové nebo molekulární struktury molekuly nebo materiálu vzorku.

Aplikace X-ray krystalografie

X-ray krystalografii se používá k analýze mnoha různých molekul a byl používán v mnoha slavných projektů v oblasti organické a anorganické chemie. Rané struktury, které byly vyřešeny pomocí techniky, byly jednoduché krystaly, včetně křemene a soli.

jedním z nejznámějších z nich bylo stanovení dvoušroubovicové struktury DNA Franklinem, Watsonem a Crickem v roce 1953. Další důležité molekuly, jejichž struktury byly identifikovány patří Vitamin B12, inzulín, a penicilin.

stejně jako analýza organických molekul (proteinů, vitamínů, nukleových kyselin) a anorganických molekul a struktur byla rentgenová krystalografie použita k vývoji nových materiálů v materiálových i biologických vědách.

shrnutí

rentgenová krystalografie je stále jednou z nejlepších metod pro strukturální analýzu mnoha látek. Zůstává to výkonná, jednoduchá a spolehlivá technika, kterou používají laboratoře po celém světě.

existuje mnoho studií, které rentgenová krystalografie může poskytnout jedinečné poznatky o tom, že jiné metodiky nemohou, ale ve srovnání s těmito jinými technikami má určité nevýhody, a proto by měla být vždy použita jako součást sady analytických metod.

Další Čtení

• Všechny Krystalografie Obsah
• Protein Krystalizace
• X-Ray Krystalografie
• Stanovení Struktury Proteinů
• Microseeding Vysvětlil

Napsal

Reginald Davey

Reg Davey je na volné noze, textař a redaktor, se sídlem v Nottinghamu ve velké británii. Psaní Zprávy Lékařské představuje setkávají různé zájmy a polí, on byl zájem, a zapojit v průběhu let, včetně Mikrobiologie, Biomedicínské Vědy, Environmentální Vědy.

Citace