X-Ray Diffraction in Biology (XRD). Физический принцип кристаллографии

Физический принцип кристаллографии основан на дифракции рентгеновских лучей на всех электронах, содержащихся в кристалле, составляющих атомы всех макромолекул
Бомбардировка рентгеновским излучением кристаллов, состоящих из биологических макромолекул, дает возможность определить особенности структуры макромолекулы на атомном уровне
Банк данных о белках: http://www.rcsb.org

Определение структуры
Первым шаг - производство высокочистой макромолекулы в большом количестве
E. coli

Дифракционные данные
Дифракционная картина

От данных дифракции к плотности электронов
Первый метод - замена молекул. Используется известная структура гомологичного белка. Он состоит из построения виртуального кристалла путем размещения гомологичной структуры в ячейке кристалла
Второй метод - множественное изоморфное замещение, которое заключается в диффузии тяжелых атомов (богатых электронами) в кристалле.
Третий метод - аномальная дисперсия. Этот метод состоит в изменении длины волны падающего луча вокруг края поглощения одного из атомов, содержащегося в молекуле.

От плотности электронов к структурной модели
Окончательная модель состоит из трехмерных координат каждого атома содержимого ячейки, состоящего из одной или нескольких макромолекул.

Шаги после определения структуры
Последний шаг, после определения структуры с помощью рентгеновской дифракции - интерпретации структуры и ее осмысление в биологическом контексте.
Т.е., понимание структурной характеристики как трехмерного объекта и оценка его функции на клеточном или эволюционном уровне