Rostdiffrakció - biológia
Milyen meleg túl meleg az élethez az óceán feneke mélyén?
Antibiotikumok baktériumoktól
Sejtvándorlás: egy ismert fehérje újonnan felfedezett funkciója
Molekuláris iránytű a sejtek igazításához
Mi teszi a levelek öregedését ősszel
A keselyű gyöngytyúk demokráciája
Ekembo környezete: Az emberek nyílt tájakon is éltek
| Genetika | Mezőgazdaság, erdészet és állattenyésztés
A búzafajtát vad füvek keresztezésével hozták létre
Milyen meleg túl meleg az élethez az óceán feneke mélyén?
Rostdiffrakció
Rostdiffrakció egy módszer a molekulaszerkezetek vizsgálatára szétszórt képek elemzésével. Ezek a szórt képek a minta besugárzásakor keletkeznek. Ehhez általában röntgensugarakat, elektronokat vagy neutronokat használnak. A rostdiffrakció különlegessége, hogy a szórási minta nem változik, ha a mintát egy bizonyos tengely (a szál tengelye) körül forgatják. Az ilyen egyirányú szimmetria jellemző a biológiai vagy szintetikus makromolekulákból (polimerek, műanyagok) készült szálakra vagy szálakra. A kristályográfia szempontjából a szálas szimmetria nehézséget jelent a kristályszerkezet meghatározásában: Az egykristály diffrakciós diagramjához képest a rostdiagram tükröződései elkenődnek és átfedhetnek. Az anyagtudomány egyszerűsítésnek tekinti a szálas szimmetriát, mivel a hozzáférhető strukturális információk szinte teljes egészét egyetlen kétdimenziós (2D) diffrakciós kép tartalmazza. Egy ilyen képet fényképes film vagy 2D detektor (például digitális fényképezőgép) tárol. A 3 koordinátatengely helyett 2 elegendő a rostdiffrakció leírására.
Az ideális szálszórási minta négyszögletes szimmetriát mutat. Ilyen képen az irányt rosttengelynek nevezzük délkör, az erre merőleges irány a egyenlítő. Ha van rost-szimmetria, akkor sokkal több visszaverődés (megvilágított "pont") van a 2D-képen, mint az egykristály diffrakciós képén. Úgy tűnik, hogy ezek a tükröződések az egyenlítővel nagyjából párhuzamosan futó vonalakon (rétegvonalakon) helyezkednek el. A kristálytan rétegsori koncepciója nyilvánvalóvá válik a rostdiffrakciós képen. A réteg vonalak görbülete jelzi, hogy a diffrakciós képet helyesbíteni kell. A reflexeket Miller indexek azonosítják hkl. Ez 3 számjegy. Reflexek a én-A harmadik réteg vonalának l =én. A meridián reflexei 00l reflexek. A mesterséges szál diffrakciós képei kristálytechnikában (rotációs kristályos módszerrel) is elkészülnek. Egyetlen kristályt forgatnak egy tengely körül a röntgensugárban.
A kísérlet során valós szálszóró képeket kapunk. Csak azért mutatnak tükörszimmetriát, mert a szál tengelye nem teljesen merőleges a beeső sugárra. A megfelelő geometriai torzítást Michael Polanyi részletesen tanulmányozta. A geometria leírására elegáns koncepciója van Polanyi bál (eredetileg: "réteg labda") került bevezetésre. Később Rosalind Franklin és Raymond Gosling közelítő képletet adott a rost dőlésszögének β meghatározásához saját geometriai szempontjaik alapján. Az első elemzési lépésben a szálszóródás képét kijavítják és leképezik a reprezentatív szálsíkra. Ez az a sík, amely a reciprok tér henger tengelyét tartalmazza. A kristálytechnikában először kiszámítják a reciprok térben történő leképezés közelítését, amelyet iteratívan finomítanak. Ez gyakran mint Fraser korrekció kijelölt digitális módszer a Franklin-közelítéssel kezdődik. Megszünteti a dőlést, javítja a képet és korrigálja a szórás intenzitását. A β meghatározásának helyes képletét Norbert Stribeck adta meg.
Történelmi szerep
A rostdiffrakció számos fontos előrelépéshez vezetett a szerkezeti biológia fejlődésében, pl. B. az α-spirál első modelljei és a kettős szálú DNS Watson-Crick modellje.
Rostdiffrakciós geometria
Az ábra a szál diffrakciójának geometriáját mutatja. Ez a Polanyi által javasolt képviseleten alapul. A referenciairány az elsődleges sugár (felirat: röntgen). Ha a szálat a β szög függőlegestől megdönti, akkor a szerkezetére vonatkozó információ a reciprok térben (s-tér) is megdől. Az s térben az Ewald gömb olyan gömb, amelynek középpontja a mintában található. Sugara 1/λ, ahol λ a beeső sugárzás hullámhossza. A kölcsönös tér összes pontja, amelyet a sík detektor lát, az Ewald gömb felületén fekszik. Központi vetítéssel térképezik fel őket a detektor képpontjaira.
A kölcsönös térben minden reflex a Polanyi-gömbön fekszik. Az ideális reflex valójában egy pontot jelent az s-térben, a rost szimmetriája miatt azonban elkenődve gyűrűt képez a szál iránya körül. Kettő A gyűrűk reflexet képviselnek a Polanyi gömbön, mert a szórás pont-szimmetrikus a reciprok tér eredetéhez képest. Csak az Ewald gömbön és a Polanyi gömbön fekvő pontok vannak feltérképezve a detektorra. Ezek a pontok alkotják a Tükröződés kör (kék gyűrű). A minta megdöntésekor sem változik. A detektorra van térképezve, mint egy diavetítő (vörös sugarak) (Detektor áramkör, kék gyűrű). A megfigyelt reflexből legfeljebb 4 kép jelenik meg ott (piros pontok). A reflexképek helyzetét a szál iránya határozza meg a sugárban (Polanyi-egyenlet). Ezzel szemben a szál orientációja meghatározható a reflexképek helyzetéből, ha a következő érvényes a Miller-indexekre hkl: $ | h | + | k | \ ne 0 $ és $ l \ ne 0 $. A Polanyi reprezentációból az elemi és a gömb alakú geometria alkalmazásával lehet levezetni a szálkép összefüggéseit.