Difrakcia vlákien - biológia
Aké horúce je príliš horúce na život hlboko pod dnom oceánu?
Antibiotiká z baktérií
Migrácia buniek: novoobjavená funkcia známeho proteínu
Molekulárny kompas na zarovnanie buniek
Čo robí listy na jeseň starnúcimi
Demokracia perličiek
Prostredie spoločnosti Ekembo: Ľudia tiež žili v otvorenej krajine
| Genetika | Poľnohospodárstvo, lesníctvo a chov zvierat
Pšeničná odroda vznikla krížením divých tráv
Aké horúce je príliš horúce na život hlboko pod dnom oceánu?
Difrakcia vlákien
Difrakcia vlákien je metóda vyšetrovania molekulárnych štruktúr analýzou rozptýlených obrázkov. Tieto rozptýlené obrázky vznikajú pri ožiarení vzorky. Spravidla sa na to používajú röntgenové lúče, elektróny alebo neutróny. Špecialitou difrakcie vlákien je, že sa vzor rozptylu nemení, keď sa vzorka otáča okolo určitej osi (os vlákna). Takáto jednoosová symetria je typická pre vlákna alebo vlákna vyrobené z biologických alebo syntetických makromolekúl (polyméry, plasty). Pre kryštalografiu predstavuje vláknová symetria ťažkosti pri určovaní kryštalickej štruktúry. V porovnaní s difrakčným diagramom monokryštálu sú odrazy vo vláknovom diagrame rozmazané a môžu sa prekrývať. Veda o materiáloch považuje symetriu vlákien za zjednodušenie, pretože takmer všetky dostupné štruktúrne informácie sú obsiahnuté v jednom dvojrozmernom (2D) difrakčnom obraze. Takýto obraz je exponovaný na fotografickom filme alebo 2D detektore (napríklad v digitálnom fotoaparáte). 2 na opísanie difrakcie vlákien postačujú 2 namiesto 3 súradnicových osí.
Ideálny vzor rozptylu vlákien vykazuje 4-kvadrantovú symetriu. Na takomto obrázku sa smer nazýva os vlákna poludník, smer kolmý na toto je rovník. Ak existuje vláknová symetria, existuje v 2D obraze oveľa viac odrazov (osvetlených „bodov“) ako v difrakčnom zobrazení monokryštálu. Zdá sa, že tieto odrazy sú usporiadané na priamkach (čiarach vrstvy), ktoré prebiehajú zhruba rovnobežne s rovníkom. Koncept vrstvovej čiary kryštalografie je zrejmý z vláknového difrakčného obrazu. Zakrivenie čiar vrstvy naznačuje, že je potrebné opraviť difrakčný obraz. Reflexy sú identifikované Millerovými indexmi hkl. Jedná sa o 3 číslice. Odrazy na i-riadok vrstvy má l =i. Reflexy na poludníku sú reflexy 00 l. Difrakčné obrazy z umelých vlákien sa generujú aj v kryštalografii (metóda rotačných kryštálov). Monokryštál sa v röntgenovom lúči otáča okolo osi.
V experimente sa získajú obrazy skutočného rozptýlenia vlákien. Zobrazujú iba zrkadlovú symetriu, pretože os vlákna nie je úplne kolmá na dopadajúci lúč. Zodpovedajúce geometrické skreslenie podrobne študoval Michael Polanyi. Na opísanie geometrie má elegantný koncept Polanyiho ples (pôvodne: „vrstvová guľa“). Neskôr Rosalind Franklin a Raymond Gosling poskytli aproximačný vzorec na určenie uhla sklonu vlákna β na základe ich vlastných geometrických úvah. V prvom analytickom kroku sa obraz rozptýleného vlákna opraví a mapuje na reprezentatívnu rovinu vlákna. Toto je rovina, ktorá obsahuje os valca recipročného priestoru. V kryštalografii sa najskôr počíta aproximácia mapovania v recipročnom priestore, ktorá sa iteratívne spresňuje. Že často ako Fraserova korekcia určená digitálna metóda začína Franklinovou aproximáciou. Eliminuje náklon, upravuje obraz a upravuje intenzitu rozptylu. Správny vzorec na stanovenie β uviedol Norbert Stribeck.
Historická rola
Difrakcia vlákien viedla k niekoľkým dôležitým pokrokom vo vývoji štruktúrnej biológie, napr. B. prvé modely α-skrutkovice a Watsonov-Crickov model dvojvláknovej DNA.
Geometria vláknovej difrakcie
Obrázok zobrazuje geometriu difrakcie vlákna. Vychádza z predstavenia, ktoré navrhol Polanyi. Referenčným smerom je primárny lúč (štítok: röntgen). Ak je vlákno naklonené zo zvislosti o uhol β, potom sa informácia o jeho štruktúre tiež nakloní v recipročnom priestore (s-priestor). V s-priestore je Ewaldova guľa sféra, ktorej stred je vo vzorke. Jeho polomer je 1/λ, kde λ je vlnová dĺžka dopadajúceho žiarenia. Všetky body vzájomného priestoru, ktoré vidí planárny detektor, ležia na povrchu Ewaldovej gule. Mapujú sa na pixely detektora pomocou centrálnej projekcie.
Vo vzájomnom priestore leží každý reflex na svojej Polanyiho sfére. Ideálny reflex skutočne predstavuje bod v s-priestore. Kvôli symetrii vlákien sa však rozmazáva a vytvára krúžok okolo smeru vlákna. Dva Krúžky predstavujú reflex na Polanyiho sfére, pretože rozptyl je bodovo symetrický k začiatku recipročného priestoru. Na detektor sú mapované iba body, ktoré ležia na Ewaldovej aj Polanyiho sfére. Tieto body tvoria Reflexný kruh (modrý krúžok). Nezmení sa to ani pri naklonení vzorky. Mapuje sa na detektor ako diaprojektor (červené lúče) (Obvod detektora, modrý krúžok). Zobrazia sa tam až 4 obrázky pozorovaného reflexu (červené body). Poloha reflexných obrazov je určená orientáciou vlákna v lúči (Polanyiho rovnica). Naopak, orientáciu vlákna možno určiť z polohy reflexných obrazov, ak pre Millerove indexy hkl platí: $ | h | + | k | \ ne 0 $ a $ l \ ne 0 $. Z Polanyiho reprezentácie sa odvodia vzťahy obrazového vlákna pomocou elementárnej a sférickej geometrie.