Рентгеновская кристаллография — Википедия

Рентгеновская кристаллография История рентгеновской кристаллографии Рентгеновская кристаллография определяет атомную и молекулярную структуру кристаллов.   Метод основан на дифракции рентгеновских лучей на […]

Рентгеновская кристаллография

  • История рентгеновской кристаллографии

    • Рентгеновская кристаллография определяет атомную и молекулярную структуру кристаллов.  
    • Метод основан на дифракции рентгеновских лучей на кристаллической структуре.  
    • Первые исследования начались в 17 веке, но рентгеновская кристаллография стала важной в 20 веке.  
  • Основные этапы работы

    • Подготовка образцов и регистрация интенсивности дифракции.  
    • Оценка атомной структуры с помощью прямых методов.  
    • Численное уточнение структуры с помощью вычислительных методов.  
  • Вклад в науку

    • Определение размеров атомов и химических связей.  
    • Выявление структуры биологических молекул.  
    • Понимание электронных и упругих свойств материалов.  
  • Основные достижения

    • Определение структуры поваренной соли и алмаза.  
    • Раскрытие структуры меди, фторида кальция, кальцита, пирита, шпинели, диоксида титана, пирохроита, брусита, нитрата натрия, дихлорийодида цезия, вюрцита.  
    • Определение структуры графита и различных металлов.  
  • Влияние на химию

    • Лучшее понимание химических связей и нековалентных взаимодействий.  
    • Подтверждение теоретических моделей химической связи.  
    • Открытие гексагональной симметрии бензола и резонанса между химическими связями.  
  • История рентгеновской кристаллографии

    • Первая структура органического соединения, гексаметилентетрамина, была раскрыта в 1923 году.  
    • В 1930-х годах начали решаться задачи о структурах крупных молекул.  
    • В 1920-х годах разработаны правила для исключения химически маловероятных структур.  
  • Применение в минералогии и материаловедении

    • Рентгеновская кристаллография начала применяться в минералогии с 1924 года.  
    • В металлургии рентгеновская кристаллография использовалась с середины 1920-х годов.  
    • В фармацевтической промышленности монокристаллическая дифракция также применяется.  
  • Биологическая макромолекулярная кристаллография

    • Рентгеновская кристаллография биологических молекул началась с Дороти Кроуфут Ходжкин.  
    • В 1969 году Ходжкин разгадала структуру инсулина.  
    • В конце 1950-х годов начали изучать кристаллические структуры белков.  
  • Методы рентгеновской кристаллографии

    • Используются два предельных случая: мелкомолекулярная и макромолекулярная кристаллография.  
    • Метод состоит из трех этапов: получение кристалла, измерение дифракционной картины, создание модели расположения атомов.  
  • Кристаллизация

    • Кристаллография требует чистого кристалла высокой регулярности.  
    • Небольшие молекулы могут быть кристаллизованы различными методами, макромолекулы требуют специальных условий.  
    • Кристаллы белка почти всегда выращивают в растворе, используя постепенное снижение растворимости.  
  • Методы кристаллизации белков

    • Кристаллизация белков в масле: водные растворы белков распределяются под жидким маслом, вода испаряется через слой масла.  
    • Различные масла обладают разной способностью к испарению, что влияет на концентрацию.  
    • Условия кристаллизации определяются путем отбора, тестируются сотни или тысячи растворов.  
    • Используются различные физические механизмы для снижения растворимости, такие как изменение рН, добавление солей или полимеров.  
    • Применяются несколько температур для стимулирования кристаллизации.  
  • Проблемы и препятствия

    • Растущие кристаллы выдерживаются при постоянной температуре и защищены от ударов.  
    • Примеси и конформационная гибкость молекул препятствуют кристаллизации.  
    • Молекулы, склонные к самосборке, часто не образуют кристаллы.  
    • Кристаллы могут быть повреждены двойникованием.  
  • Сбор данных

    • Кристалл устанавливается для измерений в луче рентгеновского излучения.  
    • Используются капилляры, петли или угломеры для точного позиционирования кристалла.  
    • Кристалл замораживается жидким азотом для уменьшения радиационного воздействия.  
    • Запись отражений осуществляется с помощью фотопленки, детектора площади или CCD.  
  • Обработка данных

    • Интенсивность отражений регистрируется для определения расположения молекул.  
    • Кристалл поворачивается на 180° для сбора всей информации.  
    • Данные преобразуются в трехмерный набор, определяется симметрия кристалла.  
    • Данные интегрируются и масштабируются для получения согласованной шкалы интенсивности.  
  • Фазовая проблема

    • Интенсивность дифракционных пятен пропорциональна квадрату модуля структурного фактора.  
    • Фаза не может быть зарегистрирована напрямую, используются различные методы для её оценки.  
    • Фазирование Ab initio или прямые методы используются для небольших молекул.  
  • Молекулярная замена

    • Используется для определения ориентации и положения молекул внутри элементарной ячейки  
    • Фазы используются для создания карт электронной плотности  
  • Аномальное рассеяние рентгеновских лучей

    • Длина волны рентгеновского излучения проходит за границу поглощения атома  
    • Регистрируются полные наборы отражений на трех длинах волн  
    • Определяется субструктура аномально дифрагирующих атомов  
  • Методы тяжелых атомов

    • Вводятся электронно-плотные атомы металла  
    • Используются прямые методы или пространственные методы Паттерсона  
    • Изменения амплитуд рассеяния интерпретируются как фазы  
  • Построение модели и поэтапное уточнение

    • Построение исходной модели на основе начальных фаз  
    • Уточнение положений атомов и коэффициентов Дебая-Уоллера  
    • Итеративный процесс до максимальной корреляции между данными и моделью  
  • Проблемы и подводные камни

    • Фазовое смещение и модельная погрешность  
    • Кристаллографический беспорядок и его моделирование  
    • Неправильное моделирование беспорядка и его последствия  
  • Прикладной вычислительный анализ данных

    • Использование вычислительных методов для анализа данных  
    • Методы Ритвельда и другие инструменты для идентификации фаз и уточнения структуры  
  • Нанесение структуры

    • Завершение модели структуры и занесение в кристаллографические базы данных  
    • Частные коммерческие структуры не всегда хранятся в общедоступных базах данных  
  • Вклад женщин в рентгеновскую кристаллографию

    • Кэтлин Лонсдейл, Дороти Ходжкин, Розалинда Франклин, Изабелла Карл  
    • Их вклад в развитие рентгеновской кристаллографии и получение Нобелевских премий  
  • Вклад Лонсдейла

    • Лонсдейл редактировал Международные таблицы по кристаллографии  
    • Таблицы содержат информацию о кристаллических решетках, симметрии и пространственных группах  
    • Включают математические, физические и химические данные о структурах  
  • Вклад Ольги Кеннард

    • Основала и руководила Кембриджским центром кристаллографических данных  
    • Центр является всемирно признанным источником структурных данных о малых молекулах  
  • Вклад Дженни Пикворт Глускер

    • Соавтор книги «Анализ кристаллической структуры: учебник для начинающих»  
    • Книга впервые опубликована в 1971 году и переиздана в 2010 году  
  • Вклад Элеоноры Додсон

    • Главный инициатор создания CCP4  
    • Проект включает более 250 программных средств для кристаллографов белков  
  • Нобелевские премии и кристаллография

    • Нобелевские премии связаны с рентгеновской кристаллографией  
  • Основные методы кристаллографии

    • Биверс–Липсон стрип  
    • Брэгговская дифракция  
    • Кристаллографическая база данных  
    • Группы кристаллографических точек  
    • Карта разности плотностей  
    • Дифракция электронов  
    • Энергодисперсионная рентгеновская дифракция  
    • Параметр Flack (размытие)  
    • Дифракция скользящего падения  
    • Предел Хендерсона  
    • Международный год кристаллографии  
    • Формализм многополюсной плотности  
    • Дифракция нейтронов  
    • Порошковая дифракция  
    • Птихография  
    • Уравнение Шеррера  
    • Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей (SAXS)  
    • Определение структуры  
    • Сверхбыстрый рентгеновский снимок  
    • Широкоугольное рассеяние рентгеновских лучей (WAXS)  
    • Дифракция рентгеновских лучей  
  • Ресурсы и базы данных

    • Международные таблицы для кристаллографии  
    • Переплетенные сборники статей  
    • Учебники  
    • Прикладной вычислительный анализ данных  
    • Исторический  
    • Внешние ссылки  
    • Ресурсы в вашей библиотеке  
    • Ресурсы в других библиотеках  
    • Учебные пособия  
    • Изучение кристаллографии  
    • Простое, нетехническое введение  
    • Коллекция кристаллографии, видеоряд Королевского института  
    • «Кристаллизация малых молекул» (PDF) на веб-сайте Иллинойского технологического института  
    • Международный союз кристаллографии  
    • Кристаллография 101  
    • Интерактивное учебное пособие по структурному фактору  
    • Иллюстрированный сборник преобразований Фурье  
    • Конспект лекций по рентгеновской кристаллографии и определению структуры  
    • Онлайн-лекция Ричарда Дж. о современных методах рассеяния рентгеновских лучей  
    • Мати  
    • Интерактивная хронология кристаллографии  
  • Первичные базы данных

    • Открытая база данных по кристаллографии (COD)  
    • Банк данных о белках (PDB)  
    • Банк данных по нуклеиновым кислотам (NDB)  
    • Кембриджская структурная база данных (CSD)  
    • База данных о структуре неорганических кристаллов (ICSD)  
    • База данных по кристаллизации биологических макромолекул (BMCD)  
  • Производные базы данных

    • Сумма PDB  
    • Протеопедия – совместная 3D-энциклопедия белков и других молекул  
    • База данных  
    • Обновленная база данных PDB-лигандов  
    • База данных по структурной классификации белков  
    • Классификация структуры белка CATH  
    • Список трансмембранных белков с известной трехмерной структурой  
    • Ориентация белков в базе данных по мембранам  
  • Структурная валидация

    • Набор для структурной проверки MolProbity  
    • ПроЗА-веб  
    • NQ-Flipper (проверка на наличие нежелательных ротамеров остатков Asn и Gln)  
    • Сервер DALI (идентифицирует белки, похожие на данный белок)  

Полный текст статьи:

Рентгеновская кристаллография — Википедия

Оставьте комментарий

Прокрутить вверх