ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
В.Б.САВЕЛЬЕВ
РЕНТГЕНОГРАФИЯ
БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Рязань 2006
УДК 57 (021): 621.385.833
Рентгенография биологических объектов: Учеб. пособие /В.Б.Савельев; Рязан. гос. радиотехн. ун-т, Рязань, 2006. 112 с.
Содержит описание рентгенографических методов исследования биологических объектов и их аппаратурного обеспечения. Приведены основные теоретические положения указанных методов, рассмотрены различные применения метода: изучение кристаллов глобулярных белков, фибриллярных (в том числе спиральных) структур, мышц, макромолекул в растворе (малоугловое диффузное рассеяние). Даны сведения об аппаратуре и источниках излучения, применяемых в рентгенографических исследованиях биологических объектов (фокусирующие камеры, позиционно-чувствительные детекторы, синхротронное излучение).
Предназначено для студентов направления 210100 – «Электроника и микроэлектроника», обучающихся по специальности 210101 – «Физическая электроника» и специализации 071406 – «Физика и диагностика медико-биологических систем».
Табл. 2. Ил. 54. Библиогр.: 27 назв.
Рентгеноструктурный анализ, малоугловое диффузное рассеяние, кристаллы белков, мышцы, спиральные структуры, малоугловая фокусирующая камера, позиционно-чувствительный детектор, синхротронное излучение
Печатается по решению редакционно-издательского совета Рязанского государственного радиотехнического университета.
Рецензенты:
1. Декан радиофизического факультета, зав. кафедрой физической электроники СПбГПУ, д-р физ.-мат. наук А.Э.Фотиади;
2. Профессор кафедры синтетических каучуков и элементоорганических соединений СПбГТУ (ТИ) д-р хим. наук Н.К.Скворцов;
3. Кафедра общей и экспериментальной физики РГРТУ (и.о. зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. Б.И.Колотилин).
Ó Рязанский государственный
радиотехнический университет, 2006
Федеральное агентство по образованию
Рязанский государственный радиотехнический университет
В.Б.Савельев
РЕНТГЕНОГРАФИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Учебное пособие
Р е к о м е н д о в а н о
учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 210101 - «Физическая электроника» направления подготовки дипломированных специалистов 210100 - «Электроника и микроэлектроника»
Рязань 2006
В в е д е н и е
В данном пособии представлены рентгенографические методы исследования биологических объектов и их аппаратурное обеспечение. Использование этих методов для изучения биологических образцов существенно отличается от исследований веществ неживой природы. Это связано с тем, что биологические объекты в том виде, в котором они находятся в живом организме, часто не подходят для непосредственного использования в исследованиях указанными методами. Под биологическими объектами будем понимать как молекулы (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры), так и клеточные органеллы и целые клетки, а также ткани. Все эти объекты имеют свои особенности. Поэтому, изучая представленные ниже рентгенографические методы, необходимо иметь определенные знания о структуре и функциях указанных объектов, которые можно получить из цитируемой литературы.
В первом разделе приводятся основные теоретические положения рентгенографических исследований, которые используются при дальнейшем изложении. Далее последовательно рассмотрены различные применения метода: изучение кристаллов глобулярных белков, исследования фибриллярных структур, мышц, макромолекул в растворе (малоугловое диффузное рассеяние). В заключительном разделе даны сведения об аппаратуре, применяемой в рентгенографических исследованиях биологических объектов.
1. Основы теории рентгенографических исследований
Рентгеноструктурный анализ позволяет получить прямую информацию о строении (структуре) вещества, то есть о пространственном расположении атомов в молекулах. Аналогичную информацию дают также дифракционные методы с использованием электронов (электронография) и нейтронов (нейтронография), когда проявляются волновые свойства этих микрочастиц. При изучении строения биологических образцов широко применяются также методы биохимии, с помощью которых, например, осуществляется расшифровка первичной структуры белковых цепей, функциональных центров белковых глобул и т.д. Но в отличие от рентгеноструктурного анализа биохимия сама по себе не позволяет установить пространственную структуру биополимеров. Отметим, что наиболее полное знание о структуре и функциях биологических молекул дает совместное применение нескольких методов.
В рентгеноструктурном
анализе используется рентгеновское излучение, то есть электромагнитные волны
длиной около 1 Å (1 Å=10-10 м).
Обычно направление распространения волны задается волновым вектором 
, модуль которого определяется по
соотношению 
, где l – длина волны.
Дифракцией рентгеновских лучей принято называть их рассеяние кристаллическими или аморфными веществами, когда из первичного пучка лучей образуются вторичные отклоненные пучки, имеющие ту же длину волны. Эти вторичные лучи возникают в результате взаимодействия первичных лучей с электронами вещества.
Кроме этого рассеяния, которое называют также томсоновским или когерентным, при взаимодействии пучка рентгеновских лучей с веществом наблюдается еще один вид рассеяния, которое называют комптоновским или некогерентным. Комптоновское рассеяние отдельным изолированным атомом бывает достаточно большим, особенно при больших углах рассеяния. Тем не менее, в рентгеновской кристаллографии им пренебрегают, так как суммарный вклад некогерентных источников существенно меньше, чем когерентных.
Таким образом, в случае рассеяния без изменения длины волны все атомы вещества образуют совокупность когерентных источников, излучение которых может интерферировать, так как расстояния между ними по порядку величины совпадают с длинами волн рентгеновского излучения. Интерференция рассеянных волн приводит к тому, что достаточно слабая энергия рассеяния не распределяется по всему пространству, а концентрируется по отдельным направлениям, где рассеяние становится значительно более интенсивным. В результате образуются дифракционные картины, которые можно зарегистрировать. Такие зарегистрированные дифракционные картины (рентгенограммы) позволяют получить информацию о взаимном расположении атомов в данном веществе. На этом, в принципе, и основаны рентгенографические методы исследования.
Если объектом является кристалл, то дифракцию можно представить
как «отражение» рентгеновских лучей плоскостями кристаллической решетки. Для
наблюдения дифракционного максимума необходимо, чтобы рассеянные волны
находились в фазе, т.е. разность хода составляла целое число n длин волн l.
Если межплоскостное расстояние в кристаллической решетке равно 
, то условие дифракции («отражения»)
имеет вид
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.