बायोमोलेक्यूल्स की एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी
कैसे एक बायोमोलेक्यूल के क्रिस्टल द्वारा एक्स-रे का विवर्तन एक इलेक्ट्रॉन-घनत्व मानचित्र में बदल जाता है और, उससे, एक परमाणु मॉडल में।
Definition
बायोमोलेक्यूल्स की एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी एक क्रिस्टल से एक्स-रे के विवर्तन को मापकर और दोहराई जाने वाली इकाई के इलेक्ट्रॉन घनत्व का पुनर्निर्माण करके परमाणु संरचना का निर्धारण है।
Scope
यह विषय मैक्रोमोलेक्यूलर एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी के कार्यप्रवाह और भौतिकी को शामिल करता है: क्रिस्टलीकरण, विवर्तन प्रयोग, केंद्रीय चरण समस्या और इसे कैसे हल किया जाता है, और एक परमाणु मॉडल का निर्माण और परिशोधन। यह विधि को परमाणु संरचनाओं के लिए ऐतिहासिक रूप से प्रमुख मार्ग के रूप में गहराई से प्रस्तुत करता है, जो व्यापक संरचना-निर्धारण विषय और क्रायो-ईएम विषय का पूरक है।
Core questions
- अणु को क्रिस्टलीकृत क्यों किया जाना चाहिए, और क्रिस्टल क्या प्रदान करता है?
- एक विवर्तन पैटर्न संरचना को कैसे एन्कोड करता है?
- चरण समस्या क्या है, और इसे कैसे हल किया जाता है?
- डेटा में एक परमाणु मॉडल कैसे बनाया और परिष्कृत किया जाता है?
Key theories
- फूरियर रूपांतरण के रूप में विवर्तन
- एक क्रिस्टल का विवर्तन पैटर्न उसके इलेक्ट्रॉन घनत्व का फूरियर रूपांतरण है, इसलिए परावर्तन को मापने और उनके चरणों को पुनर्प्राप्त करने से घनत्व—और इस प्रकार संरचना—को व्युत्क्रम रूपांतरण द्वारा गणना की जा सकती है।
- चरण समस्या को हल करना
- क्योंकि प्रयोग तीव्रता रिकॉर्ड करते हैं लेकिन चरण नहीं, चरणों को अलग से प्राप्त किया जाना चाहिए—भारी-परमाणु विधियों, असामान्य प्रकीर्णन, या एक संबंधित ज्ञात संरचना के माध्यम से—इससे पहले कि एक व्याख्या योग्य इलेक्ट्रॉन-घनत्व मानचित्र का उत्पादन किया जा सके।
Mechanisms
एक शुद्ध मैक्रोमोलेक्यूल को एक व्यवस्थित क्रिस्टल में परिवर्तित किया जाता है, जो एकल अणुओं के कमजोर प्रकीर्णन को मापने योग्य विवर्तन में बढ़ाता है। एक्स-रे क्रिस्टल के इलेक्ट्रॉनों से बिखरते हैं, और रिकॉर्ड की गई परावर्तन तीव्रता संरचना के फूरियर घटकों के आयाम देती है लेकिन उनके चरणों को खो देती है। चरणों को भारी परमाणुओं को पेश करके, असामान्य प्रकीर्णन का फायदा उठाकर, या एक समरूप मॉडल का उपयोग करके पुनर्प्राप्त किया जाता है, जिसके बाद एक इलेक्ट्रॉन-घनत्व मानचित्र की गणना की जाती है, परमाणुओं का एक मॉडल घनत्व में बनाया जाता है, और डेटा और स्टीरियोकेमिस्ट्री के साथ समझौते को अनुकूलित करने के लिए मॉडल को परिष्कृत किया जाता है।
Clinical relevance
क्रिस्टलोग्राफी संरचना-आधारित दवा डिजाइन में और रोग उत्परिवर्तन की व्याख्या में उपयोग की जाने वाली संरचनाओं की आपूर्ति करती है, नैदानिक मार्गदर्शन के बजाय शैक्षिक और पद्धतिगत आधार प्रदान करती है।
History
ब्रैग्स द्वारा क्रिस्टलोग्राफी की स्थापना और हॉजकिन द्वारा छोटे बायोमोलेक्यूल्स की संरचनाओं पर आधारित होकर, केंड्रू और पेरुत्ज़ ने 1950 के दशक के अंत में पहली प्रोटीन संरचनाओं को हल किया, जिससे मैक्रोमोलेक्यूलर क्रिस्टलोग्राफी दशकों तक परमाणु-रिज़ॉल्यूशन जीव विज्ञान का प्रमुख स्रोत बन गई।
Key figures
- Max Perutz
- John Kendrew
- Dorothy Hodgkin
- William Lawrence Bragg
Related topics
Seminal works
- kendrew1958
- rhodes2006
Frequently asked questions
- आपको क्रिस्टल की आवश्यकता क्यों है?
- एकल अणु एक्स-रे को मापने के लिए बहुत कमजोर रूप से बिखेरता है; एक क्रिस्टल में एक नियमित सरणी में कई समान अणु होते हैं जो प्रकीर्णन को एक मापने योग्य विवर्तन पैटर्न में सुदृढ़ करते हैं।
- एक क्रिस्टल संरचना के रिज़ॉल्यूशन का क्या अर्थ है?
- यह दर्शाता है कि विवर्तन पैटर्न में उपयोगी डेटा कितनी दूर तक फैला हुआ है, और इस प्रकार इलेक्ट्रॉन घनत्व—और परमाणु स्थिति—को कितनी बारीकी से हल किया जा सकता है; उच्च रिज़ॉल्यूशन का अर्थ अधिक विवरण है।