300px|thumb|upright=1.4| Rendgenski difraktometar u prahu u pokretu Rendgenska kristalografija ili X-zračna kristalografija (XRC) je eksperimentalna nauka koja određuje atomsku i molekulsku strukturu kristala, u kojoj kristalna struktura uzrokuje snop pada X-zraka do difrakcije u mnogim specifičnim smjerovima. Mjerenjem uglova i intenziteta ovih difraktiranih zraka, kristalograf može stvoriti trodimenzijsku sliku gustoće elektrona unutar kristala. Iz ove gustoće elektrona mogu se odrediti srednji položaji atoma u kristalu, kao i njihove hemijske veze, njihovi kristalografski poremećaji i razne druge informacije.
Budući da mnogi materijali mogu formirati kristale – poput soli, metala, minerala, poluvodiča, kao i različitih neorganskih, organskih i bioloških molekula – kristalografija rendgenskih zraka bila je temeljna u razvoju mnogih znanstvenih područja. U prvim desetljećima korištenja, ovaj metod odredio je veličinu atoma, dužine i vrste hemijskih veza, te razlike u atomskoj skali između različitih materijala, posebno minerala i legura. Metod je također otkrio strukturu i funkciju mnogih bioloških molekula, uključujući vitamine, lijekove, proteine i nukleinske kiseline, poput DNK. Rendgenska kristalografija i dalje je primarni metod za karakteriziranje atomske strukture novih materijala i za razaznavanje materijala koji izgledaju slično u drugim eksperimentima. Rendgenski zraci kristalne strukture također mogu objasniti neobična elektronska ili elastična svojstva materijala, rasvijetliti hemijske interakcije i procese ili poslužiti kao osnova za dizajniranje lijekova protiv bolesti.
U mjerenju difrakcije X-zraka s jednim kristalom, kristal se postavlja na goniometar. Goniometar se koristi za postavljanje kristala na odabrane orijentacije. Kristal je osvijetljen fino fokusiranim monohromatskim snopom rendgenskih zraka, stvarajući difrakcijski uzorak pravilno raspoređenih obojenja poznatih kao refleksije. Dvodimenzijskee slike snimljene na različitim orijentacijama pretvaraju se u trodimenzijski model gustoće elektrona unutar kristala koristeći matematički metod Fourierovih transformacija, u kombinaciji s hemijskim podacima poznatim za uzorak. Loša rezolucija (nejasnoće) ili čak greške mogu nastati ako su kristali premali ili nisu dovoljno jednolični u svom unutrašnjem sastavu.
Kristalografija rendgenskih zraka povezana je s nekoliko drugih metoda za određivanje atomskih struktura. Slični uzorci difrakcije mogu se stvoriti raspršivanjem elektrona ili neutrona, koji se na sličan način tumači Fourierova transformacija. Ako se ne mogu dobiti monokristali dovoljne veličine, mogu se primijeniti razni drugi metodi rentgenskog snimanja kako bi se dobile manje detaljne informacije; takvi metodi uključuju difrakciju vlakana, difrakciju praha i (ako uzorak nije kristaliziran) rasipanje rendgenskih zraka pod malim uglom (SAXS).
Ako je materijal koji se ispituje dostupan samo u obliku nanokristalnih prahova ili ima lošu kristalnost, za određivanje atomske strukture.mogu se primijeniti metodi elektronske kristalografije. Za sve gore navedene metode difrakcije X-zraka, rasipanje je elastično; raspršeni rendgenski zraci imaju istu talasnu dužinu kao i dolazni rendgenski snimak. Nasuprot tome, metodi sa neelastičnim raspršivanjem rendgenskih zraka korisni su u proučavanju pobuda uzorka kao što su plazmoni, pobude kristalnog polja i orbite, magnoni i fononi, umjesto distribucije njegovih atoma.
Nobelove nagrade koje uključuju rendgensku kristalografiju Godina Laureat Oblast Obrazloženje1914.Max von LaueFizika"Za otkriće difrakcije X-zraka kristalima", važan korak u razvoju rendgenske spektroskopije.1915.William Henry BraggFizika"Za zasluge u analizi kristalne strukture pomoću rendgenskih zraka"1915.William Lawrence BraggFizika"Za zasluge u analizi kristalne strukture pomoću rendgenskih zraka"1962.Max F. Perutz Hemija "Za proučavanje struktura globulskih proteina"1962.John C. Kendrew Hemija "Za proučavanje struktura globularnih proteina "1962.James Dewey WatsonMedicina"Za otkrića u vezi sa molekulskom strukturom nukleinskih kiselina i njihovog značaja za transfrer informacija u živom materijalu"1962.Francis Harry Compton CrickMedicina"Za otkriće molekulske strukture nukleinskih kiselina i nihovog značaja u transferu informacija u živom materijalu"1962.Maurice Hugh Frederick WilkinsMedicina"Za otkriće molekulske strukture nukleinskih kiselina i nihovog značaja u transferu informacija u živom materijalu"1964.Dorothy Hodgkin Hemija "Za odeređivanje struktura značajnih biohemijskih supstanci, pomoću trhnila X-zraka"1972.Stanford Moore Hemija "Za doprinos razumijevanju veze između hemijske strukture i katalitske aktivnosti aktivnog centra molekula ribonukleaza"1972.William H. Stein Hemija "Za doprinos razumijevanju veze između hemijske strukture i katalitske aktivnosti aktivnog centra molekula ribonukleaza"1976.William N. Lipscomb Hemija "Za studije o strukturi borana, rasvjetljavajućim problemima hemijskih veza"1985.Jerome Karle Hemija "Za izuzetna dostignuća u razvoju direktnog metoda za određivanje kristalnih struktura"1985.Herbert A. Hauptman Hemija "Za izuzetna dostignuća u razvoju direktnog metoda za određivanje kristalnih struktura "1988.Johann Deisenhofer Hemija "Za određivanje trodimenzijske strukture fotosintetskog reakcijskog centra"1988.Hartmut Michel Hemija "Za određivanje trodimenzijske strukture fotosintetskog reakcijskog centra"1988.Robert HuberChemistry"Za određivanje trodimenzijske strukture fotosintetskog reakcijskog centra"1997.John E. Walker Hemija "Za objašnjenje enzimskog mehanizma u osnovi sinteze adenozin-trifosfata (ATP)"2003Roderick MacKinnon Hemija "Za otkrića u vezi sa kanalima u ćelijskim membranama [...] za otkriće vodenih kanala"2003.Peter Agre Hemija "Za otkrića u vezi sa kanalima u ćelijskim membranama [...] za otkriće vodenih kanala“2006.Roger D. Kornberg Hemija "Za proučavanja molekulske osnove eukariotske transkripcije"2009.Ada E. Yonath Hemija "Za proučavanje strukture i funkcije ribosoma"2009.Thomas A. Steitz Hemija "Za proučavanje strukture i funkcije ribosoma"2009.Venkatraman RamakrishnanHemija"Za proučavanje strukture i funkcije ribosoma"2012.Brian Kobilka Hemija "Za studije o G-protein-spregnutih receptora"
Aplikacije Rendgenska difrakcija ima široku i raznovrsnu primjenu u hemijskim, biohemijskim, fizičkim, materijalnim i mineraloškim znanostima. Laue je 1937. tvrdio da je tehnika "proširila moć promatranja minutne strukture deset hiljada puta više od one koju nam daje mikroskop". Difrakcija rendgenskih zraka analogna je mikroskopu s rezolucijom na atomskom nivou koji prikazuje atome i njihovu raspodjelu elektrona.
Difrakcija rendgenskih zraka, elektronska difrakcija i neutronska difrakcija daju informacije o strukturi tvari, kristalnoj i nekristalnoj, na atomskoj i molekulskoj razini. Osim toga, ovi metodi mogu se primijeniti u proučavanju svojstava svih materijala, neorganskih, organskih ili bioloških. Zbog važnosti i raznolikosti primjena, studija difrakcije kristala, za takve studije dodijeljene su mnoge Nobelove nagrade (za medicinu, hemiju i fiziku).
Također pogledajte
Kristalografija Beevers – Lipsonova traka Braggova difrakcija Kristalografska baza podataka Grupe kristalografskih tačaka Karta razlika u gustoći Elektronska difrakcija Energetsko disperzivna rendgenska difrakcija Flackov parametar Hendersonovo ograničenje Format višepolne gustoće Neutronska difrakcija Difrakcija praha Ptihografija Scherrerova jednadžba Rasipanje rendgenskih zraka pod malim uglom Određivanje strukture Ultrabrzi rendgen Širokougaono rasipanje rendgenskih zraka (WAXS)
Reference
Dopunska literatura
Međunarodne kristalografske table
Vezane zbirke članaka
Udžbenici
, PDF copy of select chapters
Primijenjena računarska analiza podataka
Historijski
Ewald, P. P., editor 50 Years of X-Ray Diffraction (Reprinted in pdf format for the IUCr XVIII Congress, Glasgow, Scotland, International Union of Crystallography).
Vanjski linkovi
Learning Crystallography Simple, non technical introduction The Crystallography Collection , video series from the Royal Institution "Small Molecule Crystalization" (PDF) at Illinois Institute of Technology website International Union of Crystallography Crystallography 101 Interactive structure factor tutorial , demonstrating properties of the diffraction pattern of a 2D crystal. Picturebook of Fourier Transforms , illustrating the relationship between crystal and diffraction pattern in 2D. Lecture notes on X-ray crystallography and structure determination Online lecture on Modern X-ray Scattering Methods for Nanoscale Materials Analysis by Richard J. Matyi Interactive Crystallography Timeline from the Royal Institution
Primarne baze podataka Crystallography open database(COD) Protein Data Bank (PDB) Nucleic Acid Databank (NDB) Cambridge Structural Database (CSD) Inorganic Crystal Structure Database (ICSD) Biological Macromolecule Crystallization Database (BMCD)
Izvedene baza podataka PDBsum Proteopedia – the collaborative, 3D encyclopedia of proteins and other molecules RNABase HIC-Up database of PDB ligands Structural Classification of Proteins database CATH List of transmembrane proteins with known 3D structure Orientations of Proteins in Membranes database
Strukturna validacija MolProbity structural validation suite ProSA-web NQ-Flipper (check for unfavorable rotamers of Asn and Gln residues) DALI server (identifies proteins similar to a given protein)
Kategorija:Fizika kondenzovane materije Kategorija:Kristalografija Kategorija:Difrakcija Kategorija:Nauka o materijalima Kategorija:Struktura proteina Kategorija:Proteinske metode Kategorija:Snimanje proteina Kategorija:Tehnike povezane sa sinhrotronom Kristalografija