Vad är Gore-Tex och hur funkar det?
Detta är den andra filmen i Kemikalendern 2011, som är ett...
Diskutera
Röntgenkristallografi hjälper oss att förstå kemi och biologi
Livet sker i 3D. Det gäller både i vårt vardagsliv och på molekylär nivå. För att förstå hur en maskin eller ett apparat fungerar, såsom en klocka eller en motor, kan vi titta på hur dess olika delar är ihopmonterade. Samma sak gäller för molekyler – om vi vet deras 3D-struktur kan vi förstå varför de fungerar som de gör. Till exempel – hur fungerar proteinet som känner av ljus i våra ögon, eller varför har ett läkemedel en viss effekt?
X-ray Crystallography
Metoden
Dessvärre är molekyler alldeles för små för att se, även i de allra kraftigaste mikroskop. Därför måste vi använda andra metoder för att ta reda på hur de ser ut. En mycket bra metod är röntgenkristallografi. För att göra detta, behöver man en kristall av molekylen man är intresserad av och röntgenstrålar. När man skjuter med röntgenstrålar på en kristall sprids strålarna i ett regelbundet mönster och skapar punkter på en detektor som är placerad bakom kristallen. Om man analyserar detta mönster, var punkterna är och deras intensitet, är det möjligt att skapa en modell av hur molekylerna som skapar detta mönster måste se ut.
Vad är en kristall?
En kristall är något som är extremt välordnat. Ett exempel är vanligt bordssalt, natriumklorid. Om du tittar närmare på bordssaltet hemma kommer du att se att det i själva verket består att små kubformade kristaller. I en natriumkloridkristall sitter natrium- och kloratomerna bredvid varandra i ett väldefinierat, återupprepande mönster. 3D-formen, eller strukturen, för natriumklorid var den första som bestämdes 1912. Sedan dess har forskare utvecklat tekniken för att studera kristaller större och mer komplexa molekyler, som molekylerna som bygger upp våra kroppar och utför de många uppgifter som vi tar för givna – såsom att se, smälta mat eller transportera syre till våra celler. Hur utför de sina uppgifter, och när de misslyckas och någon får en sjukdom, hur kan man förklara det? Röntgenkristallografer har spelat en stor roll i att sprida ljus över frågor som dessa. Flera av dem har fått Nobelpriset för sina upptäckter. Icke desto mindre finns det många gåtor kvar att lösa!
Ok. Vad behöver du för att utföra ett röntgendiffraktionsexperiment och bestämma en molekyls struktur? En maskin som alstrar röntgenstrålar, en kristall av hög kvalitet och en detektor som mäter diffraktionen.
Hur skapas röntgenstrålarna?
Röntgenstrålar är elektromagnetisk strålning – precis som synligt ljus, men med mycket kortare våglängd. Det är viktigt att strålarnas våglängd lär av samma magnitud som detaljerna du vill strudera i din molekyl. Detta innebär oftas omkring 1 Ångström; en tiondels miljarddels meter. Molekyler är verkligen små!
Röntgenstrålarna som används i ett experiment behöver vara av mycket hög kvalitet. Man kan ofta använda en mindre apparat som man kan ha hemma eller i ett laboratorium, men om man arbetar med mer känsligt material såsom många biologiska molekyler behöver man använda röntgenstrålning från en synchrotron. En synchrotron är en slags partikelaccelerator där elektroner emitterar röntgenstrålar när de cirklar nära ljusets hastighet i en stor omloppsbana, flera hundra meter i diameter. Dessa enorma forskningsenheter finns på några få ställen i världen, och forskare reser till dem för att testa sina värdefulla prover.
Vad händer när röntgenstrålarna träffas kristallen?
Spridningen av röntgenstrålarna kallas diffraktion. Röntgenstrålarna är elektromagnetisk strålning, precis som vanligt ljus, men med mycket kortare våglängd. När röntgenstrålarna träffar elektronerna i molekylerna i kristallen studsar de iväg i olika riktningar. I vissa vinklar förstärker de varandra. I dessa positioner skapas en punkt på detektorn. Kristallen roteras så att varje vinkel av den belyses och diffraktion mäts.
Att skapa bilden av en molekyl
När alla data är insamlade analyseras alla punkternas position och intensitet. Åtskilliga andra parametrar måste också bestämmas. Den viktigaste och svåraste av dessa är fasen hos den röntgenstråle som skapade punkten. När allt detta är fastställt kan data som extraherats från punkterna omvandlas till elektrondensitet. Elektrondensiteten visar var det finns många elektroner i molekylen – det vill säga var det finns atomer. Därefter kan du bygga en modell av molekylen du undersöker, och börja utvärdera hur den fungerar! Upplösningen avgör hur mycket detaljer du kan se. Det innebär: hur nära kan två punkter vara och ändå gå att skilja åt. I fallet röntgendiffraktion beror upplösningen både på kristallens kvalitet och kvaliteten på röntgenstrålarna. Det kan jämföras med ett foto – ju bättre upplösning det är på kameran, och ju mer stilla motivet är, ju mer detaljer kan du se. I röntgenkristallogradi innebär detta mer kemi och biologi.
Högst rankad
Populäraste video
Hur omvandlas den genetiska informationen i vårt DNA till proteiner? It's an amazing process involving...
En (inte alltför allvarlig) introduktion till en röntgendiffraktometer
Hur kan vi avgöra stora molekylers struktur? Några unga forskare visar instrumentet som de använder för att göra röntgenkristallografi, på ett mycket avslappnat sätt...
Artikel av Anna Frick, University of Gothenburg, Sverige
Nuvarande betyg
