Практическая химия белка - А. Дарбре 1989
Рентгеновская кристаллография и электронная микроскопия
Дифракция рентгеновских лучей
Принципы определения структуры в рентгеноструктурном анализе
Прежде чем обсуждать теоретические и методические особенности рентгеновской кристаллографии, рассмотрим вопрос о том, какую информацию можно получить с помощью этого подхода. Рентгеноструктурный анализ хорошо сформированных кристаллов относительно малых молекул органических соединений дает возможность рассчитать распределение электронной плотности внутри элементарной ячейки кристалла. Это распределение, называемое также трехмерным фурье-синтезом, можно представить в виде серии двумерных «контурных» карт, соответствующих плоским сечениям элементарной ячейки. Интервалы, через которые делаются сечения, выбираются столь малыми, что образующие ячейку кристалла атомы видны как отдельные изолированные максимумы электронной плотности (рис. 20.5). Уровень разрешения таких карт, достигающий подчас 0,05 нм, позволяет определить структуру ab inito. Поэтому в ряде лабораторий органической химии использование рентгеновской кристаллографии для определения химической структуры соединений стало уже обычной практикой (см., например, [5]).
РИС. 20.3. Схематическое изображение кристалла, состоящего из регулярно упакованных элементарных ячеек. Все ячейки одинаковы, и каждая образована одной или несколькими молекулами. Регулярность упаковки обусловливает концентрирование рассеянных кристаллом лучей в дискретные интенсивные пики.
В случае крупных органических молекул, таких, как белки, карты электронной плотности имеют более низкое разрешение (обычно ~0,15 нм). Как видно из рис. 20.6, они не позволяют прямо разрешить отдельные атомы. В этих случаях для определения структуры необходимо привлекать дополнительную информацию, а именно схему расположения в молекуле ковалентных связей. Такая схема может быть сконструирована на основе установленной ранее последовательности аминокислот в полипептидной цепи и данных об их стереохимии.
На рис. 20.7 показано, как на основе такой информации, полученной при исследовании аминокислот, может быть построена конкретная модель остова и боковых группировок белковой молекулы, заполняющих карту электронной плотности элементарной ячейки кристалла.