Wat is röntgenkristallografie?

door Reginald DaveyReviewed door Michael Greenwood, M.Sc.

röntgenkristallografie is een hulpmiddel dat wordt gebruikt om structurele informatie over moleculen te verstrekken. De techniek werd ontwikkeld in 1912 door William Henry Bragg en William Lawrence Bragg (een team van vader en zoon die in 1915 de Nobelprijs voor de natuurkunde won voor hun werk in het veld), die voortbouwden op eerder werk van Max von Laue.Von Laue ontdekte dat door röntgenstralen door een kopersulfaatkristal op een fotografische plaat te schijnen diffractievlekken werden geproduceerd die verband hielden met de kristallijne structuur van het monster.

Ga naar:

• An introduction to X-ray Crystallography
• methodologie
• toepassingen van X-ray crystallografie
• samenvatting

Gregory A. Pozhvanov /

een inleiding tot röntgenkristallografie

röntgenkristallografie maakt gebruik van elektromagnetische straling (in het bijzonder röntgenstralen) om de moleculaire en atomaire structuur van een kristal te bepalen. De structuur van het kristal zorgt ervoor dat de röntgenstralen in specifieke richtingen diffracteren. Door analyse van de intensiteit en hoeken van deze bundels, kan de positie en rangschikking van elektronen binnen de kristallijne structuur worden bepaald.

een driedimensionaal beeld van de elektrondichtheden kan dan worden geproduceerd. Informatie zoals de gemiddelde positie van atomen binnen de structuur, covalente binding tussen hen, en hun kristallografische stoornis kan dan worden bepaald, die de driedimensionale structuur van een molecuul vertegenwoordigt.

de reden waarom röntgenstralen in dit proces worden gebruikt is omdat de wolken van elektronen op dezelfde schaal zijn als de golflengte van de röntgenstraling. Dit betekent dat de straling wordt afgebogen en verspreid door de elektronen van de atomen in het kristal. De afgebogen röntgenstralen produceren een verstrooiingsverdeling die evenredig is met de verstrooiingshoek. Bragg ‘ s wet wordt gebruikt om dit te beschrijven.Aangezien veel verschillende typen structuren kristallen kunnen vormen, kan röntgenkristallografie vele onderzoeksdoeleinden hebben. De substanties die door deze methode kunnen worden geanalyseerd omvatten zouten, mineralen, metalen, halfgeleiders evenals biologische samenstellingen met inbegrip van proteã NEN, nucleic zuren, en vitaminen.

het moeilijkste deel van het proces is het kweken van een perfect kristal, omdat dit nodig is om nauwkeurige informatie over het monster te verkrijgen. Sommige macromoleculen, vooral die met een hoog atoomgewicht zoals membraanproteã nen, kunnen moeilijk zijn om te kristalliseren.

veel verschillende studiegebieden, waaronder biologie, chemie en geologie, hebben toepassingen gevonden voor deze krachtige maar eenvoudige techniek.

methodologie

een röntgenkristallografiemachine werkt met behulp van een viercirkeldiffractometer. Dit werkt door het kristal en de deflector tussen de röntgenbron en het scherm te draaien. Het scherm ontvangt de röntgenstralen die door het kristal zijn gegaan.

röntgenkristallografie-experimenten worden onderverdeeld in vier stappen:

• Eiwitkristallisatie
• productie van een diffractiepatroon
• analyse van het diffractiepatroon om een elektronendichtheidskaart
• te produceren bepaling van de eiwitstructuur.

zoals gezegd is het moeilijkste deel van het proces het bereiken van een perfecte kristalstructuur voor analyse. Aangezien de positie van elektronen nauwkeurig in kaart moet worden gebracht, is het belangrijk dat de structuur vlekkeloos is.

een diffractiepatroon wordt op het scherm gevormd door de röntgenstralen die zijn geabsorbeerd door de atomen in het kristal en die donkere diffractievlekken achterlaten. Hun dichtheid varieert met de hoeveelheid interferentie tussen de diffuse elektronen op elk punt. Deze vlekken vertegenwoordigen nauwkeurig de elektronendichtheid, die in kaart kan worden gebracht.

zodra de elektronendensiteitskaart is gemaakt, is de analyse van de kristallografische gegevens relatief eenvoudig. Het vereist echter complexe wiskunde om de informatie te begrijpen. In de vroege dagen van röntgenkristallografie werden deze berekeningen met de hand gedaan, maar nu worden computers gebruikt om ze uit te voeren.

de gebruikte berekening wordt de fouriertransformatie genoemd. Deze berekening transformeert de gegevens in een driedimensionale weergave van de atomaire of moleculaire structuur van het monstermolecuul of materiaal.

toepassingen van röntgenkristallografie

röntgenkristallografie wordt gebruikt om veel verschillende moleculen te analyseren en is gebruikt in vele beroemde projecten op het gebied van de organische en anorganische chemie. Vroege structuren die werden opgelost met behulp van de techniek waren eenvoudige kristallen, waaronder kwarts en zout.Een van de bekendste hiervan was de bepaling van de dubbel-spiraalvormige structuur van DNA door Franklin, Watson en Crick in 1953. Andere belangrijke molecules waarvan de structuren werden geà dentificeerd omvatten vitamine B12, insuline, en penicilline.Naast de analyse van organische moleculen (eiwitten, vitaminen, nucleïnezuren) en anorganische moleculen en structuren, is röntgenkristallografie gebruikt om nieuwe materialen te ontwikkelen in zowel de materiaal-als de biowetenschappen.

samenvatting

röntgenkristallografie is nog steeds een van de beste methoden voor de structuuranalyse van vele stoffen. Het blijft een krachtige, eenvoudige en betrouwbare techniek die wordt gebruikt door laboratoria over de hele wereld.

er zijn tal van studies dat röntgenkristallografie unieke inzichten kan opleveren voor andere methodologieën, maar het heeft wel een aantal nadelen ten opzichte van deze andere technieken, en daarom moet het altijd worden gebruikt als onderdeel van een reeks analytische methoden.

Verder Lezen

• Alle Kristallografie Content
• Protein Crystallization
• X-Ray Kristallografie
• Eiwit Structuur Bepaling
• Microseeding Uitgelegd

Geschreven door

Reginald Davey

Reg Davey is freelance tekstschrijver en redacteur gevestigd in Nottingham in het Verenigd Koninkrijk. Writing for News Medical vertegenwoordigt het samenkomen van verschillende interesses en gebieden waar hij door de jaren heen geà nteresseerd en betrokken is geweest, waaronder Microbiologie, Biomedische Wetenschappen en milieuwetenschappen.

citaten