晶体结构的衍射测量有哪些辐射源
有些回答说X-射线激光是因为"射线强度高"就能"得到好的衍射图样"这个结论是怎么来的... 稍微了解一些衍射的物理常识也知道传统X-射线衍射中, 提升射线强度也很容易的. X-射线激光之所以牛逼, 绝对不是因为它的强度高.
基本物理背景知识:
X-射线衍射之所以能测定晶体结构是利用了晶体结构的周期性. 当晶体结构有周期性时, X-射线在晶体表面和内部发生干涉. 根据干涉图样, 我们可以反推出晶体的周期结构.
之所以用X-射线不能用可见光是因为X-射线的波长和晶体中一个重复的周期结构的大小相当, 用长波长的光看不到比波长更短的尺度上的结构.
当一个晶体中重复的周期结构越多, 干涉效果越强, 衍射图样越清晰. 因此传统X-射线衍射测定蛋白质结构, 需要尽可能将蛋白质结成大的单晶. 这样重复的周期结构多, X-射线的强度不需要很大也能得到很不错的衍射谱.
在测定蛋白质结构时, X-射线的强度不能太大. 因为X-射线的能量是很高的(回忆有机化学中的很多牛逼的反应的条件是"光照"), 强度太大会使其结构很快就损坏, 来不及得到完整的衍射图样.
因此对于结构生物学家来说, 长一个又大又好的蛋白质单晶是其最重要, 也是最困难的工作.
但是对于有一些蛋白, 比如膜蛋白, 很难做出很好的单晶. 通常一个膜蛋白的单晶中也只有300多个重复的结构(在一般的金属等固体中这个数量至少要多几百万倍). 为了得到可以分辨的衍射图样, 必须加很大的X-射线强度. 但是强度一大, 这些蛋白质的结构都损坏了, 得不到完整的衍射谱, 所以很长一段时间, 这种膜蛋白的结构很难用X-射线衍射测量.
不过物理学家们是很厉害的. 他们发明了一个叫"激光"的东西. 自由电子通过相干的同步辐射, 可以制造出时域宽度为飞秒([公式]秒)级别的X-射线激光. (感谢 @Wang Erdong 指正错误. ) 将这种高强度的高速激光打在蛋白质上, 可以在蛋白质结构损坏之前就得到大量可用的衍射图样, 从而测定蛋白质的结构. 这项工作最早是在2010年由德国的实验组完成的:
