Mikä on Röntgenkristallografia?

Reginald DaveyReviewed by Michael Greenwood, M.Sc.

Röntgenkristallografia on työkalu, jota käytetään molekyylien rakenteellisen informaation tuottamiseen. Tekniikan kehittivät vuonna 1912 William Henry Bragg ja William Lawrence Bragg (isä ja poika-tiimi, joka sai 1915 Nobelin fysiikanpalkinnon työstään alalla), jotka perustuivat Max von Lauen aikaisempiin töihin.

Von Laue havaitsi, että säteilemällä röntgensäteitä kuparisulfaattikiteen läpi valokuvauslevylle syntyi diffraktiopilkkuja, jotka liittyivät näytteen kiderakenteeseen.

Skip to:

• an introduction to X-ray Crystallography
• Methodology
• Applications of X-ray crystallography
• Summary

Gregory A. Požvanov /

johdatus Röntgenkristallografiaan

Röntgenkristallografiaan käyttää sähkömagneettista säteilyä (erityisesti röntgensäteitä) Kiteen molekyyli-ja atomirakenteen määrittämiseen. Kiteen rakenne saa röntgensäteet diffraktioimaan tiettyihin suuntiin. Analysoimalla näiden säteiden voimakkuuksia ja kulmia voidaan määrittää elektronien sijainti ja järjestely kiderakenteessa.

voidaan tällöin tuottaa kolmiulotteinen kuva elektronitiheyksistä. Tällöin voidaan määrittää esimerkiksi atomien keskimääräinen sijainti rakenteen sisällä, niiden välinen kovalenttinen sidos ja niiden kristallografinen häiriö, joka kuvaa molekyylin kolmiulotteista rakennetta.

syy röntgensäteiden käyttöön tässä prosessissa on se, että elektronien pilvet ovat samassa mittakaavassa kuin röntgensäteilyn aallonpituus. Tämä tarkoittaa sitä, että säteily taipuu ja siroaa Kiteen atomien elektronit. Taipuvat röntgensäteet tuottavat sirontajakauman, joka on verrannollinen sirontakulmaan. Tätä kuvaa Braggin laki.

koska monet erilaiset rakennetyypit voivat muodostaa kiteitä, Röntgenkristallografialla voi olla monia tutkimussovelluksia. Tällä menetelmällä analysoitavia aineita ovat suolat, mineraalit, metallit, puolijohteet sekä biologiset yhdisteet, kuten proteiinit, nukleiinihapot ja vitamiinit.

vaikeinta prosessissa on täydellisen Kiteen kasvattaminen, sillä tätä tarvitaan tarkan tiedon saamiseksi näytteestä. Jotkin makromolekyylit, erityisesti ne, joiden atomipaino on suuri, kuten kalvoproteiinit, voivat olla vaikeasti kiteytyviä.

monet eri tutkimusalat, kuten biologia, kemia ja geologia, ovat löytäneet tälle tehokkaalle mutta yksinkertaiselle tekniikalle käyttötarkoituksia.

menetelmä

Röntgenkristallografialaite toimii neljän ympyrän diffraktometrin avulla. Tämä toimii pyörittämällä kristallia ja poikkeutinta Röntgenlähteen ja kuvaruudun välillä. Näyttö vastaanottaa röntgenkuvat, jotka ovat kulkeneet kristallin läpi.

Röntgenkristallografiakokeet jaetaan neljään vaiheeseen:

• proteiinin kiteytys
• diffraktiomallin tuottaminen
• Diffraktiomallin analysointi elektronitiheyskartan tuottamiseksi
• proteiinirakenteen määrittäminen.

kuten on mainittu, vaikeinta prosessissa on täydellisen kiderakenteen saavuttaminen analysointia varten. Koska elektronien sijainti on kartoitettava tarkasti, on tärkeää, että rakenne on virheetön.

kuvaruudulle muodostuu diffraktiokuvio, kun röntgensäteet ovat absorboituneet Kiteen atomeihin, jotka jättävät jälkeensä tummia diffraktiopilkkuja. Niiden tiheys vaihtelee diffraktoitujen elektronien välisen interferenssin määrän mukaan kussakin pisteessä. Nämä täplät edustavat tarkasti elektronitiheyttä, joka voidaan kartoittaa.

kun elektronitiheyskartta on tehty, kristallografisen aineiston analysointi on suhteellisen suoraviivaista. Tiedon järkeistäminen vaatii kuitenkin monimutkaista matematiikkaa. Röntgenkristallografian alkuaikoina nämä laskelmat tehtiin käsin, mutta nykyään niitä tehdään tietokoneilla.

käytettyä laskutoimitusta kutsutaan Fourier ’ n muunnokseksi. Tässä laskelmassa aineisto muunnetaan kolmiulotteiseksi esitykseksi näytemolekyylin tai-materiaalin atomi-tai molekyylirakenteesta.

röntgenkristallografian sovelluksia

Röntgenkristallografiaa käytetään monien eri molekyylien analysointiin, ja sitä on käytetty monissa tunnetuissa hankkeissa orgaanisen ja epäorgaanisen kemian aloilla. Varhaiset rakenteet, jotka ratkaistiin tekniikalla, olivat yksinkertaisia kiteitä, kuten kvartsia ja suolaa.

yksi tunnetuimmista näistä oli Franklinin, Watsonin ja Crickin vuonna 1953 tekemä DNA: n kaksoiskierteisen rakenteen määritys. Muita tärkeitä molekyylejä, joiden rakenteita tunnistettiin, ovat B12-vitamiini, insuliini ja penisilliini.

orgaanisten molekyylien (proteiinit, vitamiinit, nukleiinihapot) ja epäorgaanisten molekyylien ja rakenteiden analysoinnin lisäksi Röntgenkristallografiaa on käytetty uusien materiaalien kehittämiseen sekä Materiaali-että biotieteissä.

Yhteenveto

Röntgenkristallografia on edelleen yksi parhaista menetelmistä monien aineiden rakenteellisessa analyysissä. Se on edelleen tehokas, yksinkertainen ja luotettava tekniikka, jota käytetään laboratorioissa ympäri maailmaa.

on olemassa lukuisia tutkimuksia, joiden mukaan Röntgenkristallografia voi tarjota ainutlaatuisia oivalluksia, joita muut menetelmät eivät voi, mutta sillä on joitakin haittoja verrattuna näihin muihin menetelmiin, minkä vuoksi sitä tulisi aina käyttää osana analyysimenetelmien sarjaa.

lisätietoja

• kaikki Kristallografiapitoisuus
• Proteiinikiteytys
• Röntgenkristallografia
• proteiinirakenteen määritys
• Mikroseedointi selitetty

kirjoittanut

Reginald Davey

Reg Davey on freelance-copywriter ja toimittaja, jonka kotipaikka on Nottingham, Iso-Britannia. Kirjoittaminen News Medical edustaa tulossa yhteen eri etuja ja aloilla hän on ollut kiinnostunut ja mukana vuosien varrella, mukaan lukien mikrobiologia, biolääketieteen, ja ympäristötiede.

lainaukset