Rentgenografia bez kryształów: Rozprosz i zniszcz^1,2

Tekst: prof. dr hab. Helena Dodziuk

dodziuk10@vp.pl, ichf.edu.pl/person/dodziuk.htm

Wyznaczanie struktury cząsteczek za pomocą analizy rentgenowskiej pozwoliło określić budowę ogromnej ilości cząsteczek chemicznych. Dzięki temu, z jednej strony uzyskaliśmy ogromną ilość informacji na temat długości wiązań i kątów, z drugiej – zaoszczędziło to chemikom znaczną ilość pracy, ponieważ nie trzeba już było już wykonywać bardzo pracochłonnych syntez w celu udowodnienia struktury chemicznej związku. Mimo tych zalet metoda dyfrakcji rentgenowskiej ma również wady i ograniczenia. Dotychczas związane były one z koniecznością posiadania kryształów związku, który chcieliśmy zbadać. Innym ograniczeniem było to, że nie można było przy pomocy tej metody badać cząsteczek w roztworze, gdzie mogły one występować w postaci mieszaniny różnych konformerów, z których większość wymrażała się do jednej obecnej w ciele stałym. Np. [3.3]paracyklofan 1 występuje w roztworze w postaci mieszaniny konformerów cis i trans , przy czym w ciele stałym mamy do czynienia tylko z tym ostatnim, chociaż mniej stabilnym, konformerem.³

 

 

 

Rys. 1. Szkielet węglowy cis- (z lewa) i trans- (z prawa) [3.3]paracyklofanu, w którym wiązania nad płaszczyzną są pogrubione, zaś wiązania pod płaszczyzną są narysowane linią przerywaną.  

 

 

Te ograniczenia były bardzo istotne przy badaniu białek, które mogą występować w postaci różnych konformerów, z których najważniejsza jest t. zw. struktura lub konformacja natywna, z którą na ogół związana jest funkcja, jaką białko pełni w organizmie. Dotychczas próbowano wyznaczyć tę strukturę prowadząc jednoczesne badania za pomocą rentgenografii (w ciele stałym) oraz metody magnetycznego rezonansu jądrowego (ang. NMR) w roztworze. Ostatnio Peter Zvart ze współpracownikami opracowali rozwinięcie metody rentgenowskiej dyfrakcji fluktuacyjnej (ang. Fluctuation X-ray scattering), która pozwala na wyznaczenie struktury białek w roztworze. Metoda ta, zwana również ‘rozprosz i zniszcz’ (ang. diffract and distroy) polega na naświetleniu próbki laserem rentgenowskim z modulowanej wiązki elektronów (ang. free-electron laser) o bardzo dużej intensywności impulsów i o bardzo krótkim czasie impulsu rzędu 10^-15 s. Pozwala to na zaobserwowanie chwilowej konformacji cząsteczki, ponieważ impuls taki trwa krócej niż przemiana konformacyjna. Niestety, gdy cząsteczka taki impuls zaabsorbuje, rozpada się. Stąd nazwa ‘rozprosz i zniszcz’. Metoda opracowana przez grupę Zvarta pozwala na komputerową analizę danych z rozpraszania na bardzo wielu cząsteczkach pozwala na określenie struktur o niskiej rozdzielczości białek i innych makrocząsteczek w roztworze z dużo większą dokładnością niż dokładność oznaczeń uzyskiwana dotychczas za pomocą mniej wydajnych synchrotronowych źródeł światła.

 

 

            (1)       Chen, G., Zwart, P. H., Li, D. Chem. Rev. Lett. 2013, 110, 195501.

            (2)       Liu, H., Poon, B. K., Saldin, D. K., Spence J. C. H., Zwart, P. H. cta Cryst. A 2013, 69, 365-373   doi:10.1107/S0108767313006016.

            (3)       Dodziuk, H., Szymanski, S., Jazwinski, J., Marchwiany, M., Hopf, H. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 10467-10473.

Patrz też: Stulecie badania struktury krystalograficznej za pomocą promieni Roentgena

Układ html: K. Rochowicz