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Cristallografia Dei Raggi X

La cristallografia dei RAGGI X rivela la struttura tridimensionale in dettaglio atomico

La struttura e la funzione della proteina è stata arricchita dalla cristallografia dei raggi X, una tecnica che può rivelare le posizioni tridimensionali precise di la maggior parte degli atomi in una molecola della proteina.
I cristalli della proteina di interesse sono necessari perché la tecnica richiede che tutte le molecole sono orientate precisamente.  I cristalli possono essere ottenuti spesso aggiungendo il solfato dell'ammonio o un altro sale ad una soluzione concentrata di proteina per ridurre la relativa solubilità.
L'esempio, mioglobina si cristallizza in un solfato dell'ammonio di 3M.  La salatura lenta favorisce la formazione dei cristalli altamente ordinati anziché i precipitati amorfi.  Alcune proteine si cristallizzano prontamente, mentre altre fanno in modo da solo dopo che molto sforzo è stato consumato nell'individuazione delle condizioni buone.  Crystalliztion è un'arte; i professionisti migliori hanno la perseveranza e pazienza grandi, così come un tocco dorato.  Le proteine sempre più grandi e complesse stanno cristallizzande.
I tre componenti in un'analisi cristallografica dei raggi X sono una sorgente dei raggi X, un cristallo della proteina e un rivelatore.  Un fascio dei raggi X della lunghezza d'onda A 1.54 è prodotto accelerando gli elettroni contro un obiettivo di rame.  Un fascio stretto dei raggi X colpisce il cristallo della proteina.  La parte di esso passa diritto attraverso il cristallo; il resto è sparso in vari sensi.  (o diffracted) i fasci sparsi possono essere rilevati dalla pellicola di raggi X, l'annerimento dell'emulsione che è proporzionale all'intensità del fascio di raggi X sparso, o da un rivelatore elettronico di solid-dichiarare. I principii fisici fondamentali di fondo la tecnica sono

1. Raggi X dello spargimento degli elettroni.  L'ampiezza dell'onda ha sparso da un atomo è proporzionale al relativo numero di elettroni.  Così un atomo di carbonio sparge sei volte più fortemente de atomo dell'idrogeno.
2. Le onde sparse ricombinano.  Ogni atomo contribuisce ad ogni fascio sparso.  Le onde sparse rinforza uno un altro alla pellicola o al rivelatore se sono nella fase (al punto) là ed annullano uno un altro se hanno luogo dalla fase.
3. Il modo in cui le onde sparse ricombinano dipende soltanto dalla disposizione atomica.

L'a cristallo della proteina è montato in un vaso capillare ed è posizionato in un orientamento preciso riguardo al fascio di raggi X ed alla pellicola.  Il movimento di Processional del cristallo provoca una fotografia dei raggi X che consiste di un allineamento normale dei punti chiamati riflessioni.  L'intensità di ogni punto è misurata.  Queste intensità sono i dati sperimentali di base di un'analisi cristallografica dei raggi X.  Il punto seguente è ricostruire un'immagine della proteina dalle intensità osservate.  Nella microscopia chiara o nella microscopia elettronica, i fasci diffracted sono messi a fuoco dagli obiettivi direttamente per formare un'immagine.  Tuttavia, gli obiettivi per i raggi X di focalizzazione non esistono.  Invece, l'immagine è costituita dall'applicazione del rapporto matematico chiamato una trasformata di fourier.  Per ogni punto, questo funzionamento rende un'onda di densità dell'elettrone, di cui l'ampiezza è proporzionale alla radice quadrata dell'intensità osservata del punto.  Ogni onda egualmente ha una fase cioè la sincronizzazione delle relative creste e depressioni riguardante quelle di altre onde.  La fase di ogni onda determina se rinforzi o annulla le onde contribuite da altri punti.  Queste fasi possono essere dedotte dai modelli di diffrazione bene-capiti prodotti dagli indicatori di riferimento dell'pesante-atomo quali uranio o mercurio ai luoghi specifici nella proteina.

La fase allora è regolata per il calcolo di un programma di elettrone-densità, che dà la densità degli elettroni a tantissimi punti regolarmente spaziati nel cristallo.  Questa distribuzione tridimensionale di elettrone-densità è rappresentata da una serie di sezioni parallele impilate in cima a vicenda.  Ogni sezione è un foglio di plastica trasparente (o uno strato in un'immagine del calcolatore) su cui la distribuzione di elettrone-densità è rappresentata dalle righe di profilo.
Il punto seguente è interpretare il programma di elettrone-densità.  Un fattore critico è la risoluzione dell'analisi dei raggi X, che è determinata dal numero di intensità sparse usate nella sintesi del Fourier.  Una risoluzione di 6 A rivela il corso della catena del polipeptide ma di pochi altri particolari strutturali.  Il motivo è che le catene del polipeptide imballano insieme in modo che i loro centri siano fra 5 e 10 A a parte.  I programmi ad più alta risoluzione sono necessari delineare i gruppi degli atomi, che si trovano da 2.8 a 4.0 A a parte e di diversi atomi, che sono fra 1.0 e 1.5 A a parte.  L'ultima risoluzione di un'analisi dei raggi X è determinata dal grado di perfezione del cristallo.  Per le proteine, questo che limita la risoluzione è solitamente circa 2 A.
Le strutture di più di 300 proteine sono state delucidate a risoluzione atomica.  La conoscenza della loro architettura molecolare dettagliata ha fornito la comprensione in come le proteine riconoscono e legano altre molecole, in come funzionano come enzimi, come si piegano e come si sono evolute.