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Publicado: 1 de junio de 2013
Cristalografía de rayos X
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Proceso de determinación de la estructura de una molécula por cristalografía de rayos X
La cristalografía de rayos X es una técnica experimental para el estudio y análisis de materiales, basada en el fenómeno de difracción de los rayos X por sólidos en estado cristalino.
Los rayos X interactúan con loselectrones que rodean los átomos por ser su longitud de onda del mismo orden de magnitud que el radio atómico. El haz de rayos X emergente tras esta interacción contiene información sobre la posición y tipo de átomos encontrados en su camino. Los cristales, gracias a su estructura periódica, dispersan elásticamente los haces de rayos X en ciertas direcciones y los amplifican por interferenciaconstructiva, originando un patrón de difracción.n. 1 Existen varios tipos de detectores especiales para observar y medir la intensidad y posición de los rayos X difractados, y su análisis posterior por medios matemáticos permite obtener una representación a escala atómica de los átomos y moléculas del material estudiado.
Max von Laue realizó los primeros experimentos de cristalografía de rayos X en1912. Von Laue, William Henry Bragg y William Lawrence Bragg desarrollaron inicialmente la teoría de difracción de cristales, tarea a la que pronto se sumaron otros científicos. A lo largo del siglo XX tuvieron lugar varios avances teóricos y técnicos, como la aparición de los superordenadores y el uso de sincrotrones para la producción de rayos X, que resultaron en un creciente capacidad del métodopara determinar las propiedades estructurales de todo tipo de moléculas: sales, materiales inorgánicos complejos, proteínas y hasta componentes celulares como los ribosomas. Es posible trabajar con monocristales o con polvo microcristalino, consiguiéndose diferentes datos en ambos casos. Para las aplicaciones que requieren solo una caracterización precisa de los parámetros de la red cristalina,puede ser suficiente la difracción de rayos X por polvo; para una dilucidación precisa de las posiciones atómicas se prefiere trabajar con monocristales.
La mayor limitación de este método es la necesidad de trabajar con sistemas cristalinos, por lo que no es aplicable a disoluciones, a sistemas biológicos in vivo, a sistemas amorfos o a gases. En algunos casos, los rayos X pueden romper losenlaces químicos que mantienen la integridad estructural, lo que resulta en un modelo distorsionado de la molécula estudiada. Este problema afecta especialmente a los materiales de interés biológico.
Índice
[ocultar] 1 Historia 1.1 Primeros experimentos
1.2 El desarrollo de la técnica: 1920-1960
1.3 Avances en cristalografía de macromoléculas: 1960-1980
1.4 Expansión y madurez:1980-2010
2 Aspectos físicos 2.1 Cristales y redes cristalinas
2.2 Rayos X
2.3 Dispersión elástica de rayos X
2.4 Difracción cristalina 2.4.1 Ley de Bragg
2.4.2 Índices de Miller
2.4.3 La red recíproca
2.4.4 La esfera de Ewald
2.4.5 El factor de estructura cristalino
3 El problema de las fases 3.1 Métodos de Patterson
3.2 Métodos directos
3.3 Reemplazamiento isomorfo3.4 Dispersión anómala
3.5 Reemplazamiento molecular
4 Refinamiento de la estructura
5 Adquisión de datos 5.1 Fuentes de rayos X
5.2 Detectores
5.3 Geometrías de difracción 5.3.1 Método de Laue
5.3.2 Métodos de rotación de cristal
5.3.3 Método de polvo cristalino
6 Aplicaciones 6.1 Premios Nobel
6.2 Análisis de minerales
6.3 Diseño de fármacos
7 Limitaciones
8 Véasetambién
9 Notas
10 Referencias 10.1 Bibliografía
11 Enlaces externos
Historia [editar]
Primeros experimentos [editar]
Pioneros de la cristalografía de rayos X. De arriba abajo: William H. Bragg, su hijo William L. Bragg y Max von Laue.
La idea de que los cristales eran una repetición periódica de un grupo de moléculas ya existía anteriormente a...
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Proceso de determinación de la estructura de una molécula por cristalografía de rayos X
La cristalografía de rayos X es una técnica experimental para el estudio y análisis de materiales, basada en el fenómeno de difracción de los rayos X por sólidos en estado cristalino.
Los rayos X interactúan con loselectrones que rodean los átomos por ser su longitud de onda del mismo orden de magnitud que el radio atómico. El haz de rayos X emergente tras esta interacción contiene información sobre la posición y tipo de átomos encontrados en su camino. Los cristales, gracias a su estructura periódica, dispersan elásticamente los haces de rayos X en ciertas direcciones y los amplifican por interferenciaconstructiva, originando un patrón de difracción.n. 1 Existen varios tipos de detectores especiales para observar y medir la intensidad y posición de los rayos X difractados, y su análisis posterior por medios matemáticos permite obtener una representación a escala atómica de los átomos y moléculas del material estudiado.
Max von Laue realizó los primeros experimentos de cristalografía de rayos X en1912. Von Laue, William Henry Bragg y William Lawrence Bragg desarrollaron inicialmente la teoría de difracción de cristales, tarea a la que pronto se sumaron otros científicos. A lo largo del siglo XX tuvieron lugar varios avances teóricos y técnicos, como la aparición de los superordenadores y el uso de sincrotrones para la producción de rayos X, que resultaron en un creciente capacidad del métodopara determinar las propiedades estructurales de todo tipo de moléculas: sales, materiales inorgánicos complejos, proteínas y hasta componentes celulares como los ribosomas. Es posible trabajar con monocristales o con polvo microcristalino, consiguiéndose diferentes datos en ambos casos. Para las aplicaciones que requieren solo una caracterización precisa de los parámetros de la red cristalina,puede ser suficiente la difracción de rayos X por polvo; para una dilucidación precisa de las posiciones atómicas se prefiere trabajar con monocristales.
La mayor limitación de este método es la necesidad de trabajar con sistemas cristalinos, por lo que no es aplicable a disoluciones, a sistemas biológicos in vivo, a sistemas amorfos o a gases. En algunos casos, los rayos X pueden romper losenlaces químicos que mantienen la integridad estructural, lo que resulta en un modelo distorsionado de la molécula estudiada. Este problema afecta especialmente a los materiales de interés biológico.
Índice
[ocultar] 1 Historia 1.1 Primeros experimentos
1.2 El desarrollo de la técnica: 1920-1960
1.3 Avances en cristalografía de macromoléculas: 1960-1980
1.4 Expansión y madurez:1980-2010
2 Aspectos físicos 2.1 Cristales y redes cristalinas
2.2 Rayos X
2.3 Dispersión elástica de rayos X
2.4 Difracción cristalina 2.4.1 Ley de Bragg
2.4.2 Índices de Miller
2.4.3 La red recíproca
2.4.4 La esfera de Ewald
2.4.5 El factor de estructura cristalino
3 El problema de las fases 3.1 Métodos de Patterson
3.2 Métodos directos
3.3 Reemplazamiento isomorfo3.4 Dispersión anómala
3.5 Reemplazamiento molecular
4 Refinamiento de la estructura
5 Adquisión de datos 5.1 Fuentes de rayos X
5.2 Detectores
5.3 Geometrías de difracción 5.3.1 Método de Laue
5.3.2 Métodos de rotación de cristal
5.3.3 Método de polvo cristalino
6 Aplicaciones 6.1 Premios Nobel
6.2 Análisis de minerales
6.3 Diseño de fármacos
7 Limitaciones
8 Véasetambién
9 Notas
10 Referencias 10.1 Bibliografía
11 Enlaces externos
Historia [editar]
Primeros experimentos [editar]
Pioneros de la cristalografía de rayos X. De arriba abajo: William H. Bragg, su hijo William L. Bragg y Max von Laue.
La idea de que los cristales eran una repetición periódica de un grupo de moléculas ya existía anteriormente a...
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