Проблема фаз — основная проблема рентгеноструктурного анализа

Со времени 50-х годов в области рентгеноструктурного анализа достигнуты огромные успехи, однако и сейчас невозможно установить структуру самых типичных органических соединений (если только их молекулы не принадлежат к одному из специальных классов) без дополнительной химической информации. Основную трудность, препятствующую решению проблемы в общем [c.166]

Основная цель рентгеноструктурного анализа кристаллов заключается в том, чтобы путем соответствующего рассмотрения картины рассеяния рентгеновских лучей получить изображение структуры, рассеивающей рентгеновские лучи. Эта задача решается в два этапа сначала измеряют интенсивности излучения, рассеянного объектом, после чего путем преобразования картины рассеяния получают изображение. В аналогичном оптическом случае, когда объект, рассеивающий свет, наблюдают с помощью микроскопа, проблемы фурье-преобразования не существует, так как это обеспечивается самой оптической системой при этом рассеянные лучи автоматически связаны правильными фазовыми соотношениями. В случае рентгеновских лучей эта задача может быть выполнена только с помощью фурье-преобразования. [c.27]

Проблема фаз—основная проблема рентгеноструктурного анализа [c.70]

Пептидная связь. Главной структурной единицей белков и пептидов является пептидная (амидная) связь —СО—N14—. Согласно современным представлениям, пептидная связь в белках является практически плоской, ее основные параметры приведены на рисунке 33. В обычных условиях наблюдаются лишь небольшие отклонения от плоской системы (до 5 — 10 ) большие деформации возможны в напряженных циклических системах. Пептидная связь примерно на 10% короче обычной, простой С—N и имеет характер частично двойной связи — =N . При изучении этой проблемы Л. Полинг и Р. Кори, анализировавшие методом рентгеноструктурного анализа ряд модельных ди- и трипептидов, предложили в 1948 — 1955 гг. объяснять особую природу связи С—N резонансом между двумя формами пептидной связи а и б. [c.85]

В то же время существуют неоспоримые аргументы в пользу применения твердотельного ЯМР в биологии величины, отражающие зависимость от направления, которые усредняются за счет быстрых движений в растворителе, содержат весьма важную и часто однозначно интерпретируемую дополнительную информацию о структуре исследуемых веществ. Кроме того, в биологических системах содержатся компоненты, нерастворимые в воде, В основном они образуют надмолекулярные структуры. К ним относятся мембраны, рассмотрение которых будет проведено нами в дальнейшем, волокнистые протеины, строение которых напоминает структуру коллагена. Коллаген является компонентой клеточного остова. К ним относятся также большие системы, состоящие из большого числа отдельных компонент, каждая из которых является водорастворимой, таких, как актомиозиновая система мышечных клеток или фрагментов, входящих в состав сложных вирусов. Эти системы иногда могут кристаллизоваться, и в этом случае, конечно, они могут достаточно эффективно анализироваться с использованием методов рентгеноструктурного анализа. В ряде случаев эти системы можно ориентировать в сильных постоянных магнитных полях за счет наличия у них магнитных дипольных моментов, что существенно упрощает проблемы, возникающие в ЯМР-спектроскопии. [c.144]

Другая проблема, также связанная с подготовкой кристаллов к съемке, возникла значительно позже, когда в принципе была решена фазовая проблема и встала задача получения кристаллов изоморфных производных. На первых же порах, после получения прекрасных дифракционных снимков глобулярных белков, требовалось решить вопрос об их расшифровке. В чем же заключалась новизна рентгеноструктурного анализа глобулярных белков по сравнению с анализом малых молекул и фибриллярных белков Суть рентгеноструктурного анализа любого монокристалла состоит в определении амплитуд всех дифрагированных лучей (отражений) и их фаз. Зная амплитуды и фазы, можно воспроизвести распределение электронной плотности элементарной кристаллической ячейки и, следовательно, найти ее геометрические параметры, а также параметры структуры образующих ее молекул. Амплитуды определяются по интенсивностям рефлексов, но найти фазы путем непосредственных измерений нельзя. В связи с этим как в кристаллографии малых молекул, так и в кристаллографии белков возникает так называемая фазовая проблема - основная проблема расшифровки любой кристаллографической структуры. В рентгеноструктурном анализе малых молекул для ее решения разработаны прямой метод, метод Паттерсона, метод проб и ошибок, метод изоморфного замещения. Со временем каждый из них приобрел целый ряд [c.40]

В этом кратком разделе основное внимание уделяется некоторым проблемам, связанным с установлением положения координированного гидрид-иона рентгеноструктурным анализом и методом дифракции нейтронов [29]. [c.40]

Реальные кристаллы никогда не бывают совершенными, т. е. полностью-упорядоченными и свободными от примесей. Однако приступать к изучению проблемы полезно с рассмотрения совершенного кристалла. В данной книге неуместно было бы пускаться в подробное рассмотрение существующих методов рентгеноструктурного анализа, но без ряда замечаний о -них здесь не обойтись. Поскольку промежуток между атомами в кристалле соизмерим с длиной волны рентгеновских лучей, кристалл на пути их распространения действует подобно трехмерной дифракционной решетке. Основные уравнения выведены Лауэ и Брэггом. Последний трактовал дифракцию рентгеновских лучей как отражение от атомных плоскостей. Один вариант уравнения Брэгга гласит, что [c.21]

Основная проблема, с которой приходится иметь дело в рентгеноструктурном анализе, состоит в определении фаз структурных факторов. Это и есть так называемая фазовая проблема . Измеряемыми в эксперименте величинами являются интенсивности 1(кщ отраженных лу- [c.193]

Проблема определения точных значений параметров двойной спирали связана с тем, что все первоначальные значения были получены при изучении дифракции рентгеновских лучей на волокнах ДНК. По этим данным установлены основные характеристики, такие, как число пар оснований на виток, расстояние между соседними парами вдоль оси спирали. Однако этим методом нельзя определить положения отдельных атомов, как это делают, используя рентгеноструктурный анализ. Поэтому модель уточняют, согласуя расчетную картину дифракции рентгеновских лучей с экспериментальными данными. Теоретически на основе одних и тех же данных всегда можно построить разные модели. Дело в том, что модель удовлетворяет усредненным данным и, следовательно, в определенных областях структуры возможны вариации. Например, до сих пор мы говорили о ДНК как о длинной, жесткой двойной спирали, но мы знаем, что в действительности она должна быть свернута и плотно уложена, для того чтобы уместиться в клетке. При этом детали ее структуры могут изменяться. [c.29]

Однако дальнейший анализ показывает, что в этих рассуждениях кое-что упущ ено. Величины Р характеризуют рассеянные волны, определяемые в свою очередь не только амплитудой, которую можно измерить, но и фазовой постоянной, которую измерить непосредственно нельзя. Определение этой постоянной составляет то, что обычно называют фазовой проблемой — основной в рентгеноструктурном анализе кристаллов. Эта проблема не была отчетливо сформулирована до 1930 г. Если структура сравнительно проста и можно допустить вероятное положение атомов, то структурные факторы, в том числе и фазовую постоянную, можно вычислить. Расчетные амплитуды затем сравнивают с наблюдаемыми и вводят соответствующие поправки. Для этого метода (л то5 проб и ошибок) получения оценочных значений и введения поправок можно использовать ряды Фурье в качестве наиболее эффективного средства уточнения результатов и последовательного приближения при сравнении наблюдаемых амплитуд и расчетных значений фазовых постоянных. [c.18]

Если установлено, что молекулы данного полисахарида в растворе имеют частично или полностью упорядоченную конформацию, то следующим шагом является возможно более детальное определение их геометрии. Все имеющиеся в настоящее время подходы к решению этой проблемы основаны на сравнении с базисными конформациями, определенными рентгеноструктурным анализом в твердом состоянии. Сравнение некоторых основных особенностей конформаций молекул может быть сделано на основании анализа стехиометрии при переходе порядок — беспорядок так, можно выяснить, из скольких тяжей составлена упорядоченная коиформа-Ция молекулы. Так, изучение концентрационной зависимости указанного перехода показало, что ксантан упорядочен внутримолекулярно [19], тогда как 1-каррагинан образует упорядоченный димер [29], что и ожидалось для обоих случаев по аналогии с твердым состоянием. Для полиглюкуроната стехиометрия связывания ионов кальция, как было показано, может соответствовать только двухтяжевой укладке его молекулы [30]. Такая двухтяжевая ассоциация полисахаридных цепей в нескольких независимых областях связывания может приводить к возникновению незавершенной трехмерной сетчатой структуры, т. е. к гелеобразованию введение в Молекулу полисахарида короткоцепных сегментов, имеющих только одну область связывания, может подавить процесс образования сетчатой структуры за счет конкурентного ингибирования ассоциа-Дии цепей. Такое явление может быть использовано для получения Данных, подтверждающих двухтяжевый характер ассоциата, как о было сделано для 1-каррагинана и полигулуроната [31]. [c.295]

Главным методом, с помощью которого в настоящее время определяется третичная структура белка, является рентгеноструктурный анализ кристаллических образцов. Для рентгеноструктурного анализа необходимо получение монокристаллов белков. Проблема кристаллизации часто оказывается весьма сложной и требует не только соответствующего методического арсенала, но и высокого экспериментального искусства, а порой и просто везения. Для анализа кристаллов относительно простых соединений можно пользоваться так называемыми прямыми методами. В большинстве случаев оказывается необходимо ввести в молекулу белка тяжелый атом (например, атом ртути), причем так, Зтобы пространственная структура белка суш ественно не искажалась — это известная проблема изоморфного замещения. Кристалл изоморфного производного белка и служит основным объектом исследования. [c.99]

Научные исследования посвящены фундаментальным проблемам кристаллохимии и стереохимии координационных соединений и теории рентгеноструктурного анализа. Расшифровал структуры многих комплексных соединений переходных и редкоземельных металлов различных классов. Разработал основы стереохимии соединений переходных металлов четвертого периода, установил закономерности строения комплексов с кратными связями металл — лиганд и стереохимические основы устойчивости изо- и гетерополианионов. Сформулировал основные положения стереохимии карбокси-латов и комплексонатов. Разработал общие принципы стереохимии координационных соединений редкоземельных элементов. Инициатор разработки комплексов структурных программ для ЭВМ СССР. Автор учебника Практический курс рентгеноструктурного анализа (совместно с Г. Б. Бокием, 2-е изд. 1964). [c.403]

Не останавливаясь на деталях, напомним, что ртутная решетка, хотя элементарная ячейка остается моноклинной, все же примитивна, так как содержит в каждой ячейке немного атомов. Поэтому ее полный рентгеноструктурный анализ осуществляется все же просто н без принципиальных затруднений. А тогда оказывается возможньш вычислить ретроспективно значения всех амплитудных коэффициентов Д для любых плоскостей /г, к, I, причем вычислить их полностью, т. е. определить амплитуды и фазы. Знание всей пространственной картины как в прямом, так и в обратном пространстве для ртутной решетки мы используем для решения основной задачи — нахождения фаз амплитудных коэффициентов белка Опять же для цептросимметричных сечений проблема решается просто, пбо различия в фазах сводятся к различиям в знаках 1, к, 1 к г Ь к 1- Поэтому анализ распределения электронной плотности вдоль оси симметрии кристалла (т. е. суммарной электронной плотности в сечениях, нормальных к оси) был проделан раньше всего и с наименьшей затратой труда. [c.99]

Книга Манделеса подводит итог примерно семилетнего периода (1965-1971) исследований первичной структуры нуклеиновых кислот и представляет собой интересный, не перегруженный деталями очерк состояния области, особенно полезный в качестве введения к более глубокому ее изучению. По характеру изложения книга делится на три части. В первой из них, включающей гл. 1-9 и представляющей собой собственно обзорную часть книги, дана характеристика основных методов ферментативной и химической деградации и разделения нуклеотидов и применение этих методов для выяснения первичной структуры низко- и высокомолекулярных РНК. Приведено также описание физических методов в приложении к этой проблеме достижения в этой области пока еще довольно скромны (что вряд ли существенно изменится в ближайшем будущем), если не считать недавних работ групп Рича и Клуга по рентгеноструктурному анализу третичной структуры фенилаланиновой тРНК, информативных также в отношении структур более низкого порядка. В практическом отношении особенно интересна вторая часть книги (гл. 10 и 11), являющаяся методическим руководством по структурному анализу нуклеиновых кислот и содержащая удачный подбор методик, необходимых тем,. кто непосредственно работает в данной области. Что же касается заключительного раздела книги (гл. 12), то он содержит перечень (к сожалению, несколько устаревший) данных о первичной структуре РНК. [c.6]

Вопрос о форме существования воды в системах типа МеО— 8102—Н2О тесно связан с основными проблемами химии вяжущих и поверхностно-активных материалов. Типичными водородсодержащими частицами кристаллических гидросиликатов являются ионы ОН и молекулы воды, входящие в координацией ные оболочки катионов, а также гидроксильные группы, связанные с атомами кремния. Афвиллит Саз(Н8104)2-2На0 долгое время являлся единственным силикатом, в котором кислые силикат-анионы были обнаружены в результате полного рентгеноструктурного анализа. Тем не менее в 50-е годы имела широкое распространение гипотеза, согласно которой анионы 0231(0Н) , соединенные друг с другом водородными мостиками, считались типичными для гидросиликатов, являющихся непосредственными носителями вяжущих свойств цементных материалов. [c.3]

Таким образом, к началу 1990-х годов внутренние проблемы метода мультидлинноволновой аномальной дифракции были в основном решены. Он обрел форму, требуемую для его широкого применения в рентгеноструктурном анализе белков. Метод МАД имел прочный теоретический фундамент, был детально разработан в экспериментальном и препаративном отношении, оснащен всеми программами, необходимыми для обработки дифракционных данных, построения карт электронной плотности и расчета координат атомов пространственной структуры белковой молекулы. К этому времени его уровень в научно-методологическом плане, приборном обеспечении, степени математического формализма, разрешающей способности и надежности результатов оказался не ниже уровня метода мультиплетного изоморфного замещения тяжелыми атомами. Тем самым более очевидными выступили преимущества МАД, хотя по ряду причин, но главным образом в силу инерции, используемый десятилетиями метод МИЗ не скоро уступит свое место. [c.161]

Рассмотренные в этой главе исследования, по-видимому, не оставляют сомнений в том, что в 1990-е годы рентгеноструктурный анализ белков, по-прежнему сохраняя высокий темп экстенсивного развития, приступил к решению принципиально новых задач, представляющих первостепенный интерес для молекулярной биологии. Основная, если не единственная, причина наметившегося качественного изменения возможностей кристаллографии макромолекул связана с использованием синхротронной радиации. Переход к новому источнику рентгеновского излучения, во-первых, ослабляет требования, предъявляемые к размерам кристаллов, что особенно важно в структурном анализе высокомолекулярных белков и их комплексов, имеющих крупные элементарные ячейки. Во-вторых, сплошной спектр синхротронной радиации и легкость выбора любой длины волны монохроматического излучения дали возможность по-новому подойти к решению фазовой проблемы и разработать метод мультидлинноволновой аномальной дифракции, требующий для фазирования одного кристаллического образца. Существенным дополнением метода МАД стал способ рекомбинантного получения в ауксотрофных клетках белков, в аминокислотных последовательностях которых все остатки метионина заменены на селенометионин. Использование [Se-Met] белков не только освобождает рентгеноструктурный анализ от длительной рутинной процедуры приготовления нескольких изоморфных белковых производных тяжелых атомов, но практически снимает саму проблему изоморфизма. [c.163]