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Crystallography Do Raio X

O crystallography do RAIO X revela a estrutura tridimensional no detalhe atômico

A estrutura e a função da proteína foram enriquecidas pelo crystallography do raio X, uma técnica que pudesse revelar as posições tridimensionais precisas de a maioria dos átomos em uma molécula da proteína.
Os cristais da proteína do interesse são needed porque a técnica requer que todas as moléculas estejam orientadas precisamente.  Os cristais podem frequentemente ser obtidos adicionando o sulfate do ammonium ou um outro sal a uma solução concentrada da proteína para reduzir seu solubility.
O exemplo, myoglobin cristaliza-se em um sulfate do ammonium de 3M.  Lento salgando para fora dos favores a formação de cristais altamente requisitados em vez dos precipitates amorfos.  Algumas proteínas cristalizam-se prontamente, visto que outras fazem assim somente depois que muito esforço expended em encontrar as circunstâncias direitas.  Crystalliztion é uma arte; os mais melhores practitioners têm o perseverance e a paciência grandes, as.well.as um toque dourado.  As proteínas cada vez mais grandes e complexas estão sendo cristalizadas.
Os três componentes em uma análise crystallographic do raio X são uma fonte dos raios X, um cristal da proteína, e um detetor.  Um feixe dos raios X do wavelength A 1.54 é produzido acelerando elétrons de encontro a um alvo de cobre.  Um feixe estreito dos raios X golpeia o cristal da proteína.  A parte dela atravessa em linha reta o cristal; o descanso é dispersado em vários sentidos.  (ou diffracted) os feixes dispersados podem ser detectados pela película de raio X, blackening do emulsion que é proporcional à intensidade do feixe de raio X dispersado, ou por um detetor eletrônico solid-state. Os princípios físicos básicos subjacentes a técnica são

1. Raios X do scatter dos elétrons.  A amplitude da onda dispersada por um átomo é proporcional a seu número dos elétrons.  Assim um átomo de carbono dispersa seis vezes mais fortemente que um átomo do hidrogênio.
2. As ondas dispersadas recombine.  Cada átomo contribui a cada feixe dispersado.  As ondas dispersadas reforçam um outro na película ou no detetor se estiverem na fase (na etapa) lá, e cancelam um outro se se realizarem fora da fase.
3. A maneira em que as ondas dispersadas recombine depende somente do arranjo atômico.

O cristal da proteína é montado em um capilar e posicionado em uma orientação precisa com respeito ao feixe de raio X e à película.  O movimento de Processional do cristal resulta em uma fotografia do raio X que consiste em uma disposição regular dos pontos chamados reflexões.  A intensidade de cada ponto é medida.  Estas intensidades são os dados experimentais básicos de uma análise crystallographic do raio X.  A etapa seguinte é reconstruct uma imagem da proteína das intensidades observadas.  No microscopy claro ou no microscopy de elétron, os feixes diffracted são focalizados por lentes para dar forma diretamente a uma imagem.  Entretanto, as lentes para raios X focalizando não existem.  Instead, a imagem é dada forma aplicando uma relação matemática chamada um Fourier transforma.  Para cada ponto, esta operação rende uma onda da densidade do elétron, cuja a amplitude é proporcional à raiz quadrada da intensidade observada do ponto.  Cada onda tem também uma fase isto é, o sincronismo de suas cristas e calhas relativo àquelas de outras ondas.  A fase de cada onda determina se reforça ou cancela as ondas contribuídas por outros pontos.  Estas fases podem ser deduzidas dos testes padrões de diffraction bem-compreendidos produzidos por marcadores da referência do pesado-átomo tais como o urânio ou o mercúrio em locais específicos na proteína.

O estágio é ajustado então para o cálculo de um mapa da elétron-densidade, que dê a densidade dos elétrons em um grande número pontos regularmente espaçados no cristal.  Esta distribuição tridimensional da elétron-densidade é representada por uma série das seções paralelas empilhadas no alto de se.  Cada seção é uma folha plástica transparente (ou uma camada em uma imagem do computador) em que a distribuição da elétron-densidade é representada por linhas do contorno.
A etapa seguinte é interpretar o mapa da elétron-densidade.  Um fator crítico é a definição da análise do raio X, que é determinada pelo número das intensidades dispersadas usadas na síntese de Fourier.  Uma definição de 6 A revela o curso da corrente do polypeptide mas de poucos outros detalhes estruturais.  A razão é que as correntes do polypeptide embalam junto de modo que seus centros estejam entre 5 e 10 A distante.  Os mapas em uma definição mais elevada são needed delinear grupos dos átomos, que se encontram de 2.8 a 4.0 A distante, e dos átomos individuais, que estão entre 1.0 e 1.5 A distante.  A definição final de uma análise do raio X é determinada pelo grau de perfeição do cristal.  Para proteínas, este que limita a definição é geralmente aproximadamente 2 A.
As estruturas de mais de 300 proteínas elucidated na definição atômica.  O conhecimento de sua arquitetura molecular detalhada forneceu a introspecção em como as proteínas reconhecem e ligam outras moléculas, em como funcionam como enzymes, como se dobram, e como evoluíram.