Mi a Röntgenkristályográfia?

írta: Reginald Daveymegtekintette: Michael Greenwood, M.Sc.

a Röntgenkristályográfia olyan eszköz, amelyet a molekulák szerkezeti információinak biztosítására használnak. A technikát 1912-ben fejlesztette ki William Henry Bragg és William Lawrence Bragg (egy apa és fia csapat, akik 1915-ben fizikai Nobel-díjat nyertek a területen végzett munkájukért), akik Max von Laue korábbi munkáira épültek.

Von Laue felfedezte, hogy a röntgensugarak réz-szulfát kristályon keresztül egy fényképészeti lemezre történő ragyogásával diffrakciós foltok keletkeztek, amelyek a minta kristályszerkezetéhez kapcsolódtak.

ugrás a:

• bevezetés a Röntgenkrisztallográfiába
• módszertan
• a Röntgenkrisztallográfia alkalmazásai
• összefoglaló

Gregory A. Pozhvanov /

Bevezetés a Röntgenkristályográfiába

a Röntgenkristályográfia elektromágneses sugárzást (konkrétan röntgensugárzást) használ a kristály molekuláris és atomi szerkezetének meghatározására. A kristály szerkezete miatt a röntgensugarak meghatározott irányban diffraktálnak. Ezen sugarak intenzitásának és szögének elemzésével meghatározható az elektronok helyzete és elrendezése a kristályszerkezeten belül.

ezután elkészíthető az elektron sűrűségének háromdimenziós képe. Ezután meghatározhatók olyan információk, mint az atomok átlagos helyzete a szerkezeten belül, kovalens kötés közöttük, kristálytani rendellenességük, amely a molekula háromdimenziós szerkezetét képviseli.

a röntgensugarakat azért használják ebben a folyamatban, mert az elektronfelhők ugyanolyan méretűek, mint a röntgensugárzás hullámhossza. Ez azt jelenti, hogy a sugárzást a kristályban lévő atomok elektronjai eltérítik és szétszórják. Az elhajlott röntgensugarak szórási eloszlást eredményeznek, amely arányos a szórási szöggel. Bragg törvénye ezt írja le.

mivel sokféle szerkezet képezhet kristályokat, a Röntgenkristályográfiának számos kutatási alkalmazása lehet. Az ezzel a módszerrel elemezhető anyagok közé tartoznak a sók, ásványi anyagok, fémek, félvezetők, valamint biológiai vegyületek, beleértve a fehérjéket, nukleinsavakat és vitaminokat.

a folyamat legnehezebb része a tökéletes kristály termesztése, mivel ez szükséges a minta pontos információinak biztosításához. Egyes makromolekulák, különösen a nagy atomtömegűek, például a membránfehérjék, nehezen kristályosodhatnak.

számos különböző tanulmányi területen, beleértve a biológiát, a kémiát és a geológiát, találtak felhasználási lehetőségeket erre a hatékony, mégis egyszerű technikára.

módszertan

egy Röntgenkrisztallográfiás gép négykörös diffraktométer felhasználásával működik. Ez úgy működik, hogy a kristályt és a deflektort elforgatja a röntgenforrás és a képernyő között. A képernyő megkapja a kristályon áthaladó röntgensugarakat.

a Röntgenkrisztallográfiás kísérleteket négy lépésre bontjuk:

• fehérje kristályosítás
• diffrakciós minta előállítása
• a diffrakciós minta elemzése elektron sűrűség térkép előállításához
• a fehérje szerkezetének meghatározása.

mint már említettük, a folyamat legnehezebb része a tökéletes kristályszerkezet elérése az elemzéshez. Mivel az elektronok helyzetét pontosan fel kell térképezni, fontos, hogy a szerkezet hibátlan legyen.

diffrakciós mintát képeznek a képernyőn a röntgensugarak, amelyeket a kristály atomjai elnyeltek, amelyek sötét diffrakciós foltokat hagynak maguk után. Sűrűségük az egyes pontokban a diffrakciós elektronok közötti interferencia mértékétől függ. Ezek a foltok pontosan ábrázolják az elektron sűrűségét, amely leképezhető.

az elektronsűrűség-térkép elkészítése után a kristálytani adatok elemzése viszonylag egyszerű. Ez azonban komplex matematikát igényel az információ értelmezéséhez. A Röntgenkristályográfia első napjaiban ezeket a számításokat kézzel végezték, de most számítógépeket használnak ezek végrehajtására.

az alkalmazott számítást Fourier-transzformációnak nevezzük. Ez a számítás az adatokat a mintamolekula vagy anyag atom-vagy molekulaszerkezetének háromdimenziós ábrázolásává alakítja.

a Röntgenkrisztallográfia alkalmazása

a Röntgenkrisztallográfiát számos különböző molekula elemzésére használják, és számos híres projektben használták a szerves és szervetlen kémia területén. A technika segítségével megoldott korai struktúrák egyszerű kristályok voltak, beleértve a kvarcot és a sót.

ezek közül az egyik legismertebb a DNS kettős spirális szerkezetének meghatározása Franklin, Watson és Crick által 1953-ban. Más fontos molekulák, amelyek szerkezetét azonosították, a B12-Vitamin, az inzulin és a penicillin.

a szerves molekulák (fehérjék, vitaminok, nukleinsavak), valamint a szervetlen molekulák és struktúrák elemzése mellett a Röntgenkristályográfiát új anyagok kifejlesztésére használták mind az anyagtudományban, mind az élettudományban.

összefoglaló

a Röntgenkristályográfia továbbra is az egyik legjobb módszer számos anyag szerkezeti elemzésére. Ez egy hatékony, egyszerű és megbízható technika, amelyet a laboratóriumok világszerte használnak.

számos tanulmány létezik, hogy a Röntgenkristályográfia egyedülálló betekintést nyújthat ahhoz, hogy más módszerek nem, de van néhány hátránya ezekhez a többi technikához képest, ezért mindig az analitikai módszerek részeként kell használni.

további olvasmányok

• összes kristálytani tartalom
• Fehérjekristályosítás
• Röntgenkristályográfia
• fehérjeszerkezet meghatározása
• Mikroszeírás magyarázata

írta:

Reginald Davey

Reg Davey szabadúszó szövegíró és szerkesztő székhelye Nottingham, az Egyesült Királyságban. Írásban News Medical képviseli jön össze a különböző érdekek és területek ő már érdekelt és részt vesz az évek során, beleértve a mikrobiológia, orvosbiológiai tudományok, és a környezeti tudományok.

Idézetek