Difracția fibrelor - Biologie
Cât de fierbinte este prea fierbinte pentru viața adâncă sub fundul oceanului?
Antibiotice din bacterii
Migrația celulară: funcția nou descoperită a unei proteine cunoscute
Busolă moleculară pentru alinierea celulelor
Ceea ce face ca frunzele să îmbătrânească toamna
Democrația bibilicilor vultur
Mediul lui Ekembo: Oamenii au trăit și în peisaje deschise
| Genetica | Agricultură, silvicultură și creșterea animalelor
Soiul de grâu a fost creat prin traversarea ierburilor sălbatice
Cât de fierbinte este prea fierbinte pentru viața adâncă sub fundul oceanului?
Difracția fibrelor
Difracția fibrelor este o metodă pentru investigarea structurilor moleculare prin analiza imaginilor dispersate. Aceste imagini împrăștiate apar atunci când proba este iradiată. Raze X, electroni sau neutroni sunt de obicei folosiți pentru aceasta. Specialitatea difracției fibrelor este că modelul de împrăștiere nu se schimbă atunci când proba este rotită în jurul unei anumite axe (axa fibrelor). O astfel de simetrie uniaxială este tipică pentru filamentele sau fibrele realizate din macromolecule biologice sau sintetice (polimeri, materiale plastice). Pentru cristalografie, simetria fibrelor reprezintă o dificultate în determinarea structurii cristaline. Comparativ cu diagrama de difracție a cristalului unic, reflecțiile din diagrama fibrelor sunt murdare și se pot suprapune. Știința materialelor consideră simetria fibrelor ca pe o simplificare, deoarece aproape toate informațiile structurale accesibile sunt conținute într-o singură imagine de difracție bidimensională (2D). O astfel de imagine este expusă pe un film fotografic sau pe un detector 2D (ca o cameră digitală). 2 în loc de 3 axe de coordonate sunt suficiente pentru a descrie difracția fibrelor.
Modelul ideal de împrăștiere a fibrelor prezintă simetrie cu 4 cadrane. Într-o astfel de imagine, direcția se numește axa fibrelor meridian, direcția perpendiculară pe aceasta este ecuator. Dacă există simetrie de fibre, există mult mai multe reflexii („puncte” iluminate) în imaginea 2D decât în imaginea de difracție a cristalului unic. Aceste reflecții par a fi aranjate pe linii (linii de strat) care se desfășoară aproximativ paralel cu ecuatorul. Conceptul liniei stratului de cristalografie este evident în imaginea de difracție a fibrelor. Îndoirea liniilor de felie este un indiciu că imaginea de difracție trebuie corectată. Reflexele sunt identificate de indicii Miller hkl. Acestea sunt 3 cifre. Reflexe pe eu-linia de strat are l =eu. Reflexele de pe meridian sunt reflexe 00l. Imaginile de difracție a fibrelor artificiale sunt generate și în cristalografie (metoda cristalului rotativ). Un singur cristal este rotit în jurul unei axe din fasciculul de raze X.
În experiment se obțin imagini de împrăștiere a fibrelor reale. Acestea prezintă doar simetria oglinzii, deoarece axa fibrelor nu este perfect perpendiculară pe fasciculul incident. Distorsiunea geometrică corespunzătoare a fost studiată în detaliu de Michael Polanyi. Pentru a descrie geometria pe care o are conceptul elegant Mingea Polanyi (inițial: „layer ball”) introdus. Mai târziu, Rosalind Franklin și Raymond Gosling au dat o formulă de aproximare pentru determinarea unghiului de înclinare a fibrelor β pe baza propriilor lor considerații geometrice. În prima etapă de analiză, imaginea de dispersie a fibrelor este rectificată și mapată pe planul reprezentativ al fibrelor. Acesta este planul care conține axa cilindrică a spațiului reciproc. În cristalografie, se calculează mai întâi o aproximare a mapării în spațiul reciproc, care este rafinată iterativ. Atât de des Corecție Fraser metoda digitală desemnată începe cu aproximarea Franklin. Elimină înclinarea, corectează imaginea și corectează intensitatea împrăștierii. Formula corectă pentru determinarea β a fost dată de Norbert Stribeck.
Rol istoric
Difracția fibrelor a condus la câteva progrese importante în dezvoltarea biologiei structurale, de ex. B. primele modele ale helixului α și modelul Watson-Crick de ADN bicatenar.
Geometria difracției fibrelor
Figura arată geometria difracției fibrelor. Se bazează pe reprezentarea propusă de Polanyi. Direcția de referință este raza primară (eticheta: raze X). Dacă fibra este înclinată din verticală de unghiul β, atunci informațiile despre structura ei se înclină și în spațiul reciproc (spațiul s). În spațiul s, sfera Ewald este o sferă al cărei centru este în eșantion. Raza sa este 1/λ, unde λ este lungimea de undă a radiației incidente. Toate punctele de spațiu reciproc care sunt văzute de detectorul plan se află pe suprafața sferei Ewald. Acestea sunt mapate pe pixelii detectorului prin proiecție centrală.
În spațiul reciproc, fiecare reflex se află pe sfera sa Polanyi. Reflexul ideal reprezintă de fapt un punct din spațiul s. Datorită simetriei fibrelor, totuși, acesta pătrunde într-un inel în jurul direcției fibrei. Două Inelele reprezintă un reflex asupra sferei Polanyi, deoarece împrăștierea este punct-simetrică la originea spațiului reciproc. Doar punctele care se află atât pe sfera Ewald cât și pe sfera Polanyi sunt mapate pe detector. Aceste puncte formează Cerc de reflexie (inel albastru). Nu se schimbă atunci când eșantionul este înclinat. Este mapat pe detector ca un proiector de diapozitive (raze roșii) (Circuitul detectorului, inel albastru). Acolo apar până la 4 imagini ale reflexului observat (puncte roșii). Poziția imaginilor reflexe este determinată de orientarea fibrei din fascicul (Ecuația Polanyi). În schimb, orientarea fibrei poate fi determinată din poziția imaginilor reflexe dacă următoarele se aplică indicilor Miller hkl: $ | h | + | k | \ ne 0 $ și $ l \ ne 0 $. Din reprezentarea Polanyi se derivă relațiile imaginii fibrelor prin aplicarea geometriei elementare și sferice.