Makromolekulių struktūros
&
Rentgeno kristalografija
(1)
Difrakcijos eksperimentas

S. Gražulis
2012 m.

Paskaitos

Duomenų surinkimas

Fazių problema

Fazių problemos sprendimas

Modelio konstravimas ir patikslinimas

Modelio interpretavimas

Makromolekulių struktūros:
tai labai įdomu (ir kartais naudinga :-)

Makromolekulių funkcija priklauso nuo jų struktūros

Iš sekos pilnai nuspėti erdvinės struktūros (kol kas) negalime...

Struktūrinės informacijos gavimo būdai

BMR (NMR)

Rentgeno kristalografija (X-ray crystallography)

Sklaidymas mažais kampais (SAXS/SANS – Small Angle X-ray/Neutron Scattering)

EM (Electron microscopy)

EXAFS, XANES

EPR (Elektronų Paramagnetinis Rezonansas – ESR – Electron Spin Resonance)

...

Difraktometras ir eksperimento eiga

e-



Cu, Mo, Au, ...

Be

C



 ≃ 1Å

Pb

Rentgeno spindulių šaltiniai

e-



Cu, Mo, Au, ...

Be

C

Rentgeno vamzdeliai

e+



Sinchrotronai

N

S

Goniometras

Detektoriai

vaizdo plokštės

CCD kameros (CCD – charge coupled device)

sukryžiuotų vielų detektoriai

(televiziniai vamzdeliai)

(foto juostelė)

(Geigerio skaitikliai)

Detektoriai:
Vaizdo plokštės

*

*

*

+

*

*

*

*

*

*

+

*

*

*

*

Detektoriai:
CCD detektoriai

f1

f2

f3

f1

f2

f3

f1

f2

f3

f1

f2

f3

Detektorių konstrukcijos

Paimta iš: http://www.rigaku.com/protein/detectors.html

Tipiškas difrakcijos vaizdas



Pb

Kristalai – (betriukšmiai?) signalo stiprintuvai

Pagrindinės kristalo savybės:

periodiškumas

diskretiškumas

a

b

Rentgeno spindulių sklaidymas kristalais

Periodiškumo ir diskretiškumo pasekmė:

Rentgeno spinduliai nuo kristalo išsklaidomi fiksuotais kampais.

(Brego atspindžiai, Bragg's reflections).

Atspindžių savybės (1)

Kiekvienas atspindys identifikuojamas trimis sveikais skaičiais – indeksais (tradiciškai žymimi raidėmis h, k, l )

Atspindžių savybės (2)

Kiekvenas atspindys turi savo amplitudę (el. lauko amplitudė) ir fazę (el.-m. bangos vėlavimas, plg. su kitais atspindžiais) (amplitude, phase).

Abu šie dydžiai sudaro struktūrinį faktorių (structure factor).

Atspindžių savybės (3)

Atspindžių geometrinis išsidėstymas priklauso nuo kristalo gardelės parametrų ir nepriklauso nuo elementarios gardelės turinio.

Atspindžių intensyvumai (ir fazės) priklauso nuo gardelės turinio.

Duomenų rinkinys

Kristalą sukant, vieni atspindžiai išnyksta, kiti atsiranda. Norint surinkti visą informaciją apie kristalo turinį, reikia apsukti jį taip, kad „pamatytume“ visus galimus atspindžius, maksimum – 360º.

Kristalų simetrija ir duomenų surinkimas

Fridelio dėsnis – apsukus kristalą 180º, atspindžiai pradeda kartotis – jų intensyvumai (beveik) lygūs tiems, kurie buvo stebimi prieš 180º.

Kristalo simetrija gali dar sumažinti reikiamą posūkio kampą, kartais net iki 30º.

Duomenų rinkinio savybės

Skiriamoji geba

Pilnumas

Kartotinumas

Triukšmo lygis (Rmerge, I/I)

Informacija, užregistruota duomenų rinkinyje

el.-m. bangas sklaido elektronai, nes jie daug lengvesni už branduolius,

bet kur elektronai, ten ir atomai :-)  pagal elektronų tankio išsidėstymą galima nustatyti atomų pozicijas.

Informacija, užregistruota duomenų rinkinyje (2)

Vidurkis laike

Vidurkis erdvėje

Elektronų tankis

Elektronų tankis yra elektrinio lauko amplitudžių ir fazių Furje transformacija (Fourier transform).

Fazių problema: deja, matuojami dydžiai tėra
I ~ |E|2, fazės gi prarandamos...

saulius

2004-04-23T08:20:47

Saulius Grazulis

saulius