x射線晶體定向衍射技術(shù)

x射線晶體定向衍射技術(shù)

       X射線衍射法是測(cè)定蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)的極其重要方法。生物大分子X射線晶體學(xué)是揭示分子結(jié)構(gòu)與功能的科學(xué)。目前還沒有一種工具能夠用它直接觀察到蛋白質(zhì)內(nèi)部的原子和基團(tuán)的排列。雖然電子顯微鏡接近于看到大分子的輪廓。但是仍然于揭露分子的大小、形狀、對(duì)稱性和聚集狀態(tài)等。通過X射線衍射法(X-ray diffraction method)可間接地研究蛋白質(zhì)晶體的空間結(jié)構(gòu)。對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的研究將幫助人們從原子的水平上了解物質(zhì)。   

1 、X射線晶體衍射技術(shù)的建立及發(fā)展 

1895年，倫琴(Rontgen)發(fā)現(xiàn)了X-ray; 1913年布拉格父子用X射線衍射法對(duì)氯化鈉、氯化鉀晶體進(jìn)行了 測(cè)定，指出晶體衍射圖可以確定晶體內(nèi)部的原子(或分子)間的 距離和排列。因此獲諾貝爾獎(jiǎng)。1951年，加利福尼亞理工學(xué)院的泡令和科里提出，α-構(gòu)型的多肽 鏈呈螺旋形，通過X射線確定，組成蛋白質(zhì)的都是L-型氨基酸。1953年克里克、沃森在X射線衍射資料的基礎(chǔ)上，提出了DNA三維 結(jié)構(gòu)的模型。獲1962年生理或醫(yī)學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)。1959年佩魯茨和肯德魯對(duì)血紅蛋白和肌血蛋白進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，解 決了三維空間結(jié)構(gòu),獲1962年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng).1959年有機(jī)化學(xué)家豪普特曼和卡爾勒建立了測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)的純數(shù) 學(xué)理論，特別在研究生物大分子如激素、抗生素、蛋白質(zhì)及新型 藥物分子結(jié)構(gòu)方面起到了重要作用。因此獲1985年化學(xué)獎(jiǎng)。 

2 、X射線測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)的基本原理 

    Χ射線衍射是研究藥物多晶型的主要手段之一，它有單晶法和粉末χ射線衍射法兩種。可用于區(qū)別晶態(tài)與非晶態(tài)、混合物與化合物。可通過給出晶胞參數(shù)，如原子間距離、環(huán)平面距離、雙面夾角等確定藥物晶型與結(jié)構(gòu)。 

    粉末法研究的對(duì)象不是單晶體，而是許多取向隨機(jī)的小晶體的總和。此法準(zhǔn)確度高，分辨能力強(qiáng)。每一種晶體的粉末圖譜，幾乎同人的指紋一樣，其衍射線的分布位置和強(qiáng)度有著特征性規(guī)律，因而成為物相鑒定的基礎(chǔ)。它在藥物多晶的定性與定量方面都起著決定性作用。 

 當(dāng)χ射線（電磁波）射入晶體后，在晶體內(nèi)產(chǎn)生周期性變化的電磁場(chǎng)，迫使晶體內(nèi)原子中的電子和原子核跟著發(fā)生周期振動(dòng)。原子核的這種振動(dòng)比電子要弱得多，所以可忽略不記。振動(dòng)的電子就成為一個(gè)新的發(fā)射電磁波波源，以球面波方式往各個(gè)方向散發(fā)出頻率相同的電磁波，入射χ射線雖按一定方向射入晶體，但和晶體內(nèi)電子發(fā)生作用后，就由電子向各個(gè)方向發(fā)射射線。 

當(dāng)波長(zhǎng)為λ的χ射線射到這族平面點(diǎn)陣時(shí)，每一個(gè)平面陣都對(duì)χ射線先考慮任一平面點(diǎn)陣1對(duì)χ射線的散射作用：χ射線射到同一點(diǎn)陣平面的點(diǎn)陣點(diǎn)上，如果入射的χ射線與點(diǎn)陣平面的交角為θ，而散射線在相當(dāng)于平面鏡反射方向上的交角也是θ，則射到相鄰兩個(gè)點(diǎn)陣點(diǎn)上的入射線和散射線所經(jīng)過的光程相等，即PP'='=RR'。根據(jù)光的干涉原理，它互相加強(qiáng)，并且入射線、散射線和點(diǎn)陣平面的法線在同一平面上。