Физические методы исследования белков и нуклеиновых кислот - Лазуркина Ю.С.
Скачать (прямая ссылка):
Хорошими монохроматорами для съемки волокон служат кристаллы пентаэритрита [70]; удобен для работы и специальный для них держатель конструкции Квитка [71].
В последнее время были разработаны камеры для съемки волокон, в которых применяется особая система фокусировки первичного луча за счет его полного внутреннего отражения от тороидальной металлической поверхности. При этом достигается большой выигрыш в интенсивности, что дает возможность фиксировать очень слабое рассеяние рентгеновских лучей [72].
При проведении рентгенографических исследований волокон биополимеров очень часто основной трудностью оказывается работа с самим объектом. Как правило, получить высокоориентированные препараты очень трудно. Вытяжка нитей из концентрированных растворов препарата или растяжение пленок не всегда приводят к нужным результатам. Необходимо, чтобы в самом растворе при его концентрировании возникла определенная упорядоченность. Довольно часто кристалличность препаратов биополимеров сохраняется лишь при высокой степени влажности, так как они большей частью являются кристаллогидратами. Поэтому всю съемку приходится проводить в герметических камерах, где поддерживается постоянная влажность. Рассеяние рентгеновского луча в воздухе приводит к появлению дополнительной вуали па снимке в той области, где часто со* средоточепы наиболее важные отражения от волокон. Поэтому герметические камеры, где поддерживается постоянная влажность, наполняют легким газом, слабо рассеивающим рентгеновские лучи, таким, как водород или гелий. Иногда удачно ориентированный препарат удается получить в виде одиночной тонкой нити диаметром в несколько десятков микрон. В этом случае целесообразно использовать микрофокусные или острофокусные рентгеновские трубки [73]. Необходимая для всего этого аппаратура выпускается нашей отечественной промышленностью.
г. Информация о структуре, получаемая на основе анализа рентгенограмм волокон
Рентгеновские дифракционные данные, получаемые для волокнистых структур, не могут быть использованы непосредственно для прямого определения расположения атомов в молекуле, как это делается при исследовании структуры кристаллов белков. Этому мешают два обстоятельства. Во-первых, на рентгенограммах волокон наблюдается, как правило, слишком мало отражений, для некоторых биополимеров их может быть не более десятка. Ряд Фурье, содержащий так мало членов, не будет иметь сколько-нибудь приемлемой степени разрешения для анализа положений атомов в структуре. Во-вторых, в силу аксиальной симметрии волокон может происходить наложение отражений с разными индексами. Для этого достаточно, чтобы какие-либо плоскости обратной решетки содержали разные узлы,
находящиеся на одинаковом расстоянии от оси аксиальной текстуры. Как правило, таких наложений бывает довольно много. Поэтому, измеряя интенсивность какого-либо отражения, мы имеем дело с суммарным ее значением для нескольких рефлексов и определить раздельно величины Тш I не можем.
Поэтому анализ структуры волокнистых соединений состоит в построении такой модели конфигурации молекулярных цепочек и в подборе такой их упаковки, которые согласуются с рентгенографическими данными.
Рассмотрим, какие конкретные параметры модели могут быть получены из рентгенограмм.
По рентгенограммам волокон всегда можно измерить период идентичности молекулы / вдоль оси волокна, т. е. величину проекции повторяющегося вдоль цепи элемента на эту ось. Расстояния между слоевыми линиями на рентгенограммах In связаны с этой величиной простым геометрическим соотношением
т п^ ^п
]п —: — , tg \1п ——- ,
sm[in R
где 1п— расстояние л-слоевой линии от экватора; R — расстояние образец-—пленка.
По рентгенограммам волокон не всегда удается однозначно выбрать элементарную ячейку. В некоторых случаях определение элементарной ячейки и не имеет особого смысла, так как упаковка цепочек может быть слишком дефектной.
Как уже указывалось, биополимеры обычно характеризуются наличием винтовых осей в структуре — их молекулы имеют спиральную конфигурацию.
Важнейшим вкладом в развитие рентгеноструктурных исследований волокон полимеров послужила работа Кокрэна, Крика и Ванда о законах дифракции рентгеновских лучей на цепных спиральных молекулах (74]. Опираясь на результаты этой работы, можно, проанализировав качественно распределение интенсивности на разных слоевых линиях рентгенограммы, определить тип спирали, образуемой полимерной молекулой, величину ее витка и число эквивалентных групп, приходящихся па один оборот.
Очень важно, что правило Кокрэна, Крика и Ванда можно применять и для случая несовершенной паракристаллической упаковки молекул, анализируя непрерывное распределение интенсивности на слоевых линиях, обусловленное независимым рассеянием цепочек.
Положение первых максимумов на экваториальной слоевой линии почти всегда соответствует межмолекулярным расстояниям. Для спиральных молекул довольно часто реализуется гек-
