O que é cristalografia de raios-X?

por Reginald Davey revisto por Michael Greenwood, M.Sc cristalografia de raios X é uma ferramenta usada para fornecer informações estruturais sobre moléculas. A técnica foi desenvolvida em 1912 por William Henry Bragg e William Lawrence Bragg (uma equipe de pai e filho que ganhou o Prêmio Nobel de Física de 1915 por seu trabalho no campo), que se baseou em trabalhos anteriores de Max von Laue.Von Laue descobriu que através de raios-X brilhantes através de um cristal de sulfato de cobre em uma placa fotográfica, manchas de difração relacionadas com a estrutura cristalina da amostra foram produzidas.

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• An introduction to X-ray Crystallography
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Gregory A. Pozhvanov /

An introduction to X-ray crystallography

X-ray crystallography uses electromagnetic radiation (specifically, X-rays) to determine the molecular and atomic structure of a crystal. A estrutura do cristal faz com que os raios-X difiram em direções específicas. Através da análise das intensidades e ângulos destes feixes, a posição e disposição dos elétrons dentro da estrutura cristalina pode ser determinada.

a three-dimensional picture of the electron densities can then be produced. Informações como a posição média dos átomos dentro da estrutura, ligação covalente entre eles, e sua desordem cristalográfica pode então ser determinada, que representa a estrutura tridimensional de uma molécula.

a razão pela qual os raios X são usados neste processo é porque as nuvens de elétrons estão na mesma escala que o comprimento de onda de radiação de raios X. Isto significa que a radiação é desviada e espalhada pelos elétrons dos átomos no cristal. Os feixes de raios X deflectidos produzem uma distribuição de dispersão que é proporcional ao ângulo de dispersão. A lei de Bragg é usada para descrever isto.Uma vez que muitos tipos diversos de estrutura podem formar cristais, cristalografia de raios-X pode ter muitas aplicações de pesquisa. As substâncias que podem ser analisadas por este método incluem sais, minerais, metais, semicondutores, bem como compostos biológicos, incluindo proteínas, ácidos nucleicos e vitaminas.

a parte mais difícil do processo é o crescimento de um cristal perfeito, pois isso é necessário para fornecer informações precisas sobre a amostra. Algumas macromoléculas, especialmente aquelas com alto peso atômico, como as proteínas da membrana, podem ser difíceis de cristalizar.

muitos campos diferentes de estudo, incluindo biologia, química e Geologia, têm encontrado usos para esta técnica poderosa, mas simples.

Methodology

An X-ray crystallography machine works by using a four-circle diffractometer. Isso funciona girando o cristal e o defletor entre a fonte de raios X e a tela. A tela recebe os raios-X que passaram através do cristal.

cristalografia de Raios-X experimentos estão divididos em quatro passos:

• Proteína de cristalização
• Produção de um padrão de difração
• Análise do padrão de difração para produzir um mapa de densidade de elétrons
• Determinação da estrutura de proteínas.

como foi mencionado, a parte mais difícil do processo é alcançar uma estrutura cristalina perfeita para análise. Como a posição dos elétrons deve ser mapeada com precisão, é importante que a estrutura seja impecável.

um padrão de difração é formado na tela pelos raios-X que foram absorvidos pelos átomos no cristal, que deixam para trás pontos de difração escuros. Sua densidade varia com a quantidade de interferência entre os elétrons difratados em cada ponto. Estes pontos representam com precisão a densidade de elétrons, que pode ser mapeada.

uma vez que o mapa de densidade de elétrons foi feito, a análise dos dados cristalográficos é relativamente simples. No entanto, requer matemática complexa para dar sentido à informação. Nos primeiros dias da cristalografia de raios-X, estes cálculos foram feitos à mão, mas agora os computadores são usados para executá-los.

o cálculo utilizado é chamado de transformação de Fourier. Este cálculo transforma os dados numa representação tridimensional da estrutura atómica ou molecular da molécula ou material da amostra.

Aplicativos de cristalografia de raios-X

cristalografia de raios-X é utilizada para analisar muitas moléculas diferentes e tem sido usado em vários projetos famosos nas áreas de química orgânica e inorgânica. As estruturas iniciais que foram resolvidas usando a técnica eram cristais simples, incluindo quartzo e sal.

uma das mais conhecidas foi a determinação da estrutura de DNA de dupla hélice por Franklin, Watson e Crick em 1953. Outras moléculas importantes cujas estruturas foram identificadas incluem vitamina B12, insulina e penicilina.

, bem Como a análise de moléculas orgânicas (proteínas, vitaminas, ácidos nucléicos) e moléculas inorgânicas e estruturas, cristalografia de raios-X foi utilizada para desenvolver novos materiais, tanto de materiais e ciências da vida.

resumo

cristalografia de raios X é ainda um dos melhores métodos para a análise estrutural de muitas substâncias. Continua a ser uma técnica poderosa, simples e confiável que é usada por laboratórios em todo o mundo.

existem numerosos estudos que a cristalografia de raios X pode fornecer insights únicos para que outras metodologias não podem, mas tem algumas desvantagens em comparação com essas outras técnicas, razão pela qual deve ser sempre usado como parte de um conjunto de métodos analíticos.

Leitura Adicional

• Todos Os Cristalografia De Conteúdo
• > Proteína Cristalização
• Cristalografia De Raios-X
• > Proteína Determinação Da Estrutura
• Microseeding Explicado

Citações