Page 48 - Perdih, Andrej, Katja Lakota, Alja Prah. 2020. Strukture bioloških molekul. Univerzitetni učbenik z recenzijo in navodila za vaje. Koper: Založba Univerze na Primorskem.
P. 48
andrej perdih, katja lakota, alja prah
generiramo. Te lastnosti so odvisne od materiala, ki sestavlja anodo – ponavadi je to
baker (Cu), ki ga uporabljamo zaradi visoke toplotne prevodnosti, in omogoča
učinkovito hlajenje. Prav tako ima ugodno razporeditev energijskih nivojev (močne linije
Kα in Kβ), kar omogoča učinkovitejše generiranje rentgenske svetlobe.
Pri tem pristopu z močnim električnim potencialom pospešimo elektrone iz njihovega
izvora na kovino anode. Pri trku z anodo se 99 % kinetične energije elektronov spremeni
v toploto (zato moramo anodo med tem korakom vseskozi hladiti), približno 1 % pa se
pretvori v rentgenske žarke. Rentgenski žarki nastanejo tudi kot posledica interakcije
teh elektronov z atomi kovine na anodi. Namreč, hitri elektroni lahko izbijejo katerega
od elektronov na notranjih lupinah atoma, prazno mesto pa zapolni elektron iz višjih
lupin. Pri prehodu iz lupine z višjo energijo na lupino z nižjo energijo, se izseva rentgenski
foton z energijo, ki je enaka razliki energij obeh lupin.
Nekoliko izpopolnjena verzija tega sistema je vrteča anoda (ang. rotating anode), kjer je
anoda zasnovana tako, da se njena površina vrti v snopu rentgenskih žarkov in tako
poveča količino generiranih rentgenskih žarkov ter optimizira postopek hlajenja.
Nastale rentgenske žarke s pomočjo sistema leč ali zrcal in filtrov (oz. monokromatorja)
skoncentriramo na ozek spekter valovnih dolžin (lahko tudi le na posamezno valovno
dolžino) in jih usmerimo na proteinski kristal. Ta postopek ne samo poenostavi analizo
podatkov, ampak tudi odstrani tisti del rentgenskega sevanja, ki kristal le razgradi brez
prispevanja uporabnih informacij.
2. Pospeševalniki delcev - sinhrotroni so eden najboljših izvorov rentgenskih žarkov, ki so
na voljo kristalografom. Sinhrotroni so veliki instrumenti, ki se zaradi svoje velikosti
lahko razprostirajo celo čez več držav in se uporabljajo prvenstveno v raziskavah fizike
delcev. Omogočajo pospešitev električno nabitih delcev (npr. elektronov), do hitrosti
blizu svetlobne hitrosti. Pospešeni elektroni nato krožijo v posebnih ceveh z radijem
lahko tudi več kilometrov. Tako stanje dosežemo z uporabo magnetnih polj. Ker je taka
pot hitrih elektronov ukrivljena, nabiti delci oddajajo energijo v več področjih EM
spektra valovanj, tudi v obliki rentgenskih žarkov. Velika prednost sinhrotoronov je, da
lahko izberemo izsevano valovno dolžino x-žarka, kar je izredno pomembno pri
nekaterih kristalografskih eksperimentih (npr. MAD eksperimentih, ki jih bomo
spoznali). Naj za konec omenimo, da lahko za generiranje x-žarkov poleg obeh virov
uporabimo tudi lasersko svetlobo.
Pri difrakcijskem eksperimentu preiskovani proteinski kristal za meritve namestimo tako, da se
lahko vrti v snopu rentgenskih žarkov, kot to prikazuje Slika 3. Obstaja več načinov pritrditve in
danes proteinske kristale navečkrat zajamemo v posebno zanko ter jih nato hitro zamrznemo s
tekočim dušikom. To storimo zato, da omejimo poškodbe kristala, ki so posledica kasnejše
interakcije kristala z visokoenergijskimi rentgenskimi žarki. Če so zamrznjeni prehitro, proteinski
kristali pogosto počijo, zato jih ponavadi pred zamrzovanjem namočimo še v raztopino
krioprotektivnega sredstva in jih tudi med samim eksperimentom neprestano hladimo.
Zanko z ujetim proteinskim kristalom namestimo na goniometer. To je naprava, ki omogoča
natančno postavitev kristala znotraj rentgenskega žarka ter vrtenje. Ker sta proteinski kristal in
48
generiramo. Te lastnosti so odvisne od materiala, ki sestavlja anodo – ponavadi je to
baker (Cu), ki ga uporabljamo zaradi visoke toplotne prevodnosti, in omogoča
učinkovito hlajenje. Prav tako ima ugodno razporeditev energijskih nivojev (močne linije
Kα in Kβ), kar omogoča učinkovitejše generiranje rentgenske svetlobe.
Pri tem pristopu z močnim električnim potencialom pospešimo elektrone iz njihovega
izvora na kovino anode. Pri trku z anodo se 99 % kinetične energije elektronov spremeni
v toploto (zato moramo anodo med tem korakom vseskozi hladiti), približno 1 % pa se
pretvori v rentgenske žarke. Rentgenski žarki nastanejo tudi kot posledica interakcije
teh elektronov z atomi kovine na anodi. Namreč, hitri elektroni lahko izbijejo katerega
od elektronov na notranjih lupinah atoma, prazno mesto pa zapolni elektron iz višjih
lupin. Pri prehodu iz lupine z višjo energijo na lupino z nižjo energijo, se izseva rentgenski
foton z energijo, ki je enaka razliki energij obeh lupin.
Nekoliko izpopolnjena verzija tega sistema je vrteča anoda (ang. rotating anode), kjer je
anoda zasnovana tako, da se njena površina vrti v snopu rentgenskih žarkov in tako
poveča količino generiranih rentgenskih žarkov ter optimizira postopek hlajenja.
Nastale rentgenske žarke s pomočjo sistema leč ali zrcal in filtrov (oz. monokromatorja)
skoncentriramo na ozek spekter valovnih dolžin (lahko tudi le na posamezno valovno
dolžino) in jih usmerimo na proteinski kristal. Ta postopek ne samo poenostavi analizo
podatkov, ampak tudi odstrani tisti del rentgenskega sevanja, ki kristal le razgradi brez
prispevanja uporabnih informacij.
2. Pospeševalniki delcev - sinhrotroni so eden najboljših izvorov rentgenskih žarkov, ki so
na voljo kristalografom. Sinhrotroni so veliki instrumenti, ki se zaradi svoje velikosti
lahko razprostirajo celo čez več držav in se uporabljajo prvenstveno v raziskavah fizike
delcev. Omogočajo pospešitev električno nabitih delcev (npr. elektronov), do hitrosti
blizu svetlobne hitrosti. Pospešeni elektroni nato krožijo v posebnih ceveh z radijem
lahko tudi več kilometrov. Tako stanje dosežemo z uporabo magnetnih polj. Ker je taka
pot hitrih elektronov ukrivljena, nabiti delci oddajajo energijo v več področjih EM
spektra valovanj, tudi v obliki rentgenskih žarkov. Velika prednost sinhrotoronov je, da
lahko izberemo izsevano valovno dolžino x-žarka, kar je izredno pomembno pri
nekaterih kristalografskih eksperimentih (npr. MAD eksperimentih, ki jih bomo
spoznali). Naj za konec omenimo, da lahko za generiranje x-žarkov poleg obeh virov
uporabimo tudi lasersko svetlobo.
Pri difrakcijskem eksperimentu preiskovani proteinski kristal za meritve namestimo tako, da se
lahko vrti v snopu rentgenskih žarkov, kot to prikazuje Slika 3. Obstaja več načinov pritrditve in
danes proteinske kristale navečkrat zajamemo v posebno zanko ter jih nato hitro zamrznemo s
tekočim dušikom. To storimo zato, da omejimo poškodbe kristala, ki so posledica kasnejše
interakcije kristala z visokoenergijskimi rentgenskimi žarki. Če so zamrznjeni prehitro, proteinski
kristali pogosto počijo, zato jih ponavadi pred zamrzovanjem namočimo še v raztopino
krioprotektivnega sredstva in jih tudi med samim eksperimentom neprestano hladimo.
Zanko z ujetim proteinskim kristalom namestimo na goniometer. To je naprava, ki omogoča
natančno postavitev kristala znotraj rentgenskega žarka ter vrtenje. Ker sta proteinski kristal in
48
