x射線晶體定向衍射技術

x射線晶體定向衍射技術

       X-射線衍射法是測定蛋白質晶體結構的極其重要方法。生物大分子X射線晶體學是揭示分子結構與功能的科學。目前還沒有一種工具能夠用它直接觀察到蛋白質內部的原子和基團的排列。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、對稱性和聚集狀態等。通過X-射線衍射法(X-ray diffraction method)可間接地研究蛋白質晶體的空間結構。對晶體結構的研究將幫助人們從原子的水平上了解物質。   

1 、X-射線晶體衍射技術的建立及發展 

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

2 、X-射線測定晶體結構的基本原理 

    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。可用于區別晶態與非晶態、混合物與化合物。可通過給出晶胞參數，如原子間距離、環平面距離、雙面夾角等確定藥物晶型與結構。 

    粉末法研究的對象不是單晶體，而是許多取向隨機的小晶體的總和。此法準確度高，分辨能力強。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度有著特征性規律，因而成為物相鑒定的基礎。它在藥物多晶的定性與定量方面都起著決定性作用。 

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

    當波長為λ的χ-射線射到這族平面點陣時，每一個平面陣都對χ-射線先考慮任一平面點陣1對χ-射線的散射作用：χ-射線射到同一點陣平面的點陣點上，如果入射的χ-射線與點陣平面的交角為θ，而散射線在相當于平面鏡反射方向上的交角也是θ，則射到相鄰兩個點陣點上的入射線和散射線所經過的光程相等，即PP'='=RR'。根據光的干涉原理，它互相加強，并且入射線、散射線和點陣平面的法線在同一平面上。