X-straalkristallografie

in Wikipedia, die vrye ensiklopedie
Spring na: navigasie, soek

X-straaldiffraksie is 'n meetmetode wat gebruik maak van die strooiing van fotone van 'n golflengte van 0.01-0.3 nm deur elastiese botsinge met elektrone in 'n vastestof.

Molekulêre strukture[wysig]

Die golflengte λ van X-strale is ongeveer 0,1 nm en derhalwe bied hulle 'n uitstekende sondeerder vir strukture (molekulêr of nie) van alle kristallyne stowwe. Dis die geval vir metalliese, anorganiese, organiese, polimere en ook vir talle biochemiese materiale.

Strooiing en oplossende vermoë[wysig]

Die strooiinghoek word in die algemeen gedefinieer as 2θ (en nie as θ, soos in by verstrooiing van sigbare lig nie).

Die maatstaf van die techniek kan geskryf word as:

dobs = λ/(2sinθ)
1/dobs = (2sinθ)/λ

Die maatstaf d is die omgekeerde van die oplossende vermoë: 1/d en die oplossende vermoë word dus groter by hoëre hoeke. Omdat die golflengte ongeveer dieselfde grote het as die atoomafstande kan die techniek die elektrone digheid ρ =ψ*ψ op atomêre skaal in kaart breng. (Die funksie ψ is die komplekse elektronegolffunksie).

By verstrooiing aan nie-kristallyne stowwe soos glase, vloeistowwe of gasse is daar verstrooide fotone by alle hoeke. Die intensiteit word in die algemeen weergegee as funksie van die strooiingvektor q:

q= 2π/d = 4п.sinθ/λ

Hierdie notasie stel mens in staat data van verskillende golflengtes gemaklik te vergelyk. Die vektor q kan ook gesien word as 'n maat vir momentum(?)oordrag by die elastiese botsing van die foton met 'n elektron. Die energieoordrag is daarby gelyk nul (elasties!)

Diffraksie[wysig]

By 'n kristallyne stof is daar net strooiing moontlik as die maatstaf dobs gelyk is aan een van die raamwerkafstande dhkl van die kristallyne struktuur. By andere hoeke tree totale destruktieve interferentie op. Hoeke waarby dobs=dhkl en die interferentie konstruktief is word die Bragg-hoeke genoem. Die interferentie is waarom dit nou diffraksie en nie strooiing genoem word nie, maar die eksperiment bly dieselfde.

X-straaldiffraksie word toegepas op eenkristalle maar ook op poeders. Eenkristaldiffraksie is 'n tegniek waaruit driemensionele data verkry word. By poederdiffraksie is dit eendimensionale data, wat veral gebruik word om vastestowwe te identifiseer en minder om hulle struktuur te bepaal.

Biologiese toepassing[wysig]

X-straaldiffraksie is die hoofmetode waarvolgens die gedetailleerde driedimensionele strukture van molekules - in die besonder die molekules van lewende stelsels - ontdek is. Die hoeveelheid inligting wat uit die ondersoek van enige stof afgelei kan word, hang uiteindelik af van hoe fyn die sondeerder is wat gebruik word. So word 'n ondersoek van biologiese weefsels met behulp van die optiese mikroskoop byvoorbeeld beperk deur die golflengte van sigbare lig, wat in die omgewing van 500 nm is. Besonderhede van molekulêre rangskikking in die weefsel is derhalwe nie ontleedbaar nie, aangesien hulle net 1 tot 10 nm van mekaar is.

Hierdie tegniek is byvoorbeeld gebruik om die gedetailleerde driedimensionele struktuur van 'n groot hoeveelheid proteïene te bepaal en om te demonstreer dat DNS normaalweg 'n dubbelstring- heliese molekule is. In laasgenoemde geval was die X-straaldiffraksiedata egter nie voldoende nie en was chemiese inligting nodig om af te lei dat die molekule helies was, met komplementêre basispare. Die toepassing van X-straaldiffraksietegnieke op makromolekules was meer as net 'n uitbreiding van die idees vir kleiner molekules. Nie net is dit moeiliker om groter molekules te kristalliseer nie, maar nuwe skemas om die fases van die diffraksiegolwe eksperimenteel te bepaal, moes ook ontwikkel word ten einde die strukture te ontleed.

Die koms van toegewyde sinchrotron-ligbronne met hoë-intensiteitsbundellyne vir biologiese navorsing het nie net die spoed van data-insameling van proteïenkristalle geweldig versnel nie, maar het ook skeiding verbeter deurdat stralingskade aan die kristalle beperk is.

Die gebruik van invoegingstoestelle het intensiteitstoenames tot gevolg gehad wat geskik was om 'n Laue-diffraksiepatroon in tye van millisekonde-ordes op te teken, wat dit moontlik maak om dinamiese veranderings in die makromolekulêre struktuur in spiersaamtrekbaarheid te ondersoek, sowel as in die wisselwerkings tussen ensieme en substrate of tussen beherende proteïene en DNS.


'n Aanvullende tegniek tot X-straaldiffraksie is neutrondiffraksie. Hierdie tegniek is besonder bruikbaar omdat waterstof 'n groot negatiewe verstrooiingskrag het en dus sterk verstrooi. Wat meer is, deur deuterium deur waterstof te vervang, word die grootte en teken van die verstrooiingskrag verander, wat dit moontlik maak om 'n struktuur te ondersoek waarin die verstrooiing verander is sonder 'n verandering in struktuur. Die merk van die molekulêre en sellulêre selorgane met deuterium maak dit moontlik om hul posisie en struktuur geredelik op te spoor.