EL ANALISIS DE RAYOS X DE MOLECULAS COMPLEJAS

EL ANALISIS DE RAYOS X DE MOLECULAS COMPLEJAS

Conferencia Nobel, diciembre 11, 1964

Conocí el tema de rayos X por difracción de cristales en las páginas del libro W.H.Bragg escrito para niños de colegio en 1925, ‘referente a la naturaleza de las cosas. En este él escribió “hablando en general, el descubrimiento de los rayos X han incrementado la agudeza de nuestra visión por encima de diez mil veces y ahora podemos “ver” los átomos y moléculas individuales.” También me aprendí en el mismo tiempo acerca de la bioquímica, que me proporcionaba las moléculas, esto parecía más deseable de “ver”. En Oxford, estudiando seriamente química, con Robinson y Hinshelwood entre mis profesores, me cautivo por las construcciones químicas que habían realizado a través de experimentos e imaginación, pero todavía tenía una pregunta al acecho. ¿No sería mejor si se pudiera realmente "ver" si las moléculas tan complejas como los esteroles, o estricnina eran tal como el experimento sugirió? El proceso de “visión” con rayos X fue claramente más difícil de aplicar tal como los sistemas, que mis primeras lecturas de Bragg habían sugerido. Esto fue con alguna vacilación que yo comencé mi primera pieza de búsqueda trabajando con H.M. Powell en thallium dialkyl halides, desde sustancias remotas. Sin embargo, curiosamente relacionado con, mis temas posteriores para la investigación.

Una serie de afortunados accidentes (un encuentro casual en un tren entre un viejo amigo mío, el Dr. Joseph AF y el profesor Lowry fue uno) me llevó a Cambridge para trabajar con J.D. Bernal en 1932. Allí nuestro mundo científico dejo conocer algunas fronteras. En un sub departamento de Mineralogía, cambió durante mi estancia a uno de Física, exploramos la cristalografía de una amplia variedad de productos naturales, la estructura de los líquidos y en particular el agua, sal de Rochelle, la sustitución isomorfa y la determinación de fase, cristales metálicos y pepsina cristales, y especularon sobre la contracción muscular. Nuestros amigos más cercanos eran biólogos y bioquímicos. Salí de Cambridge con gran renuencia a tratar de establecerse académicamente y para tratar de resolver al menos uno o dos de los muchos problemas que habíamos planteado.

No es necesario aquí dar una explicación detallada de los fundamentos teóricos de análisis de la estructura por la difracción de rayos X de cristales ya esto se hizo hace mucho tiempo por W. L. Bragg  y otra vez hace dos años, muy bien, por Perutz y Kendrew. Los datos experimentales que tenemos que emplear son los espectros de difracción de rayos X del cristal a estudiar, por lo general registran fotográficamente y sus intensidades estimadas por ojo. Estos espectros se corresponden con una serie de términos armónicos que se pueden recombinar para dar una representación del material de dispersión de rayos X en el cristal, la densidad de electrones. El cálculo consiste en la suma de una serie de Fourier en el que los términos tienen las amplitudes y fases de los espectros observados; ambos dependen de las posiciones de los átomos en el cristal, pero sólo las amplitudes son fácilmente mensurables. Como han explicado Perutz y Kendrew, la introducción de átomos pesados adicionales en un cristal bajo investigación en los sitios que se puede encontrar, puede hacer que sea posible calcular los ángulos de fase directamente de las amplitudes de los espectros observados dada por los cristales isomorfos. Una de ellas es entonces en la posición que, desde un número suficiente de mediciones, se puede calcular directamente la densidad de electrones y ver toda la estructura que se extendía ante los ojos. Sin embargo, la hazaña de los cálculos a describió hace dos años era prodigiosa - decenas de miles de reflexiones para cinco o seis cristales fueron medidas para proporcionar la distribución de la densidad electrónica en la mioglobina y la hemoglobina. Frecuentemente, y con la mayoría de los cristales, las condiciones para el cálculo directo de densidad electrónica no se cumplen inicialmente y uno de los avances hacia la respuesta final es gradual; si algunos de los átomos se pueden colocar, en particular los átomos más pesados en el cristal, necesariamente imperfectos, los cálculos de la densidad electrónica pueden iniciarse desde que nuevas regiones en el cristal puedan ser identificadas; el cálculo se repite entonces hasta que toda la distribución atómica este clara. Al comienzo de mi carrera de investigación, dos herramientas esenciales estuvieran disponibles, la síntesis Patterson y franjas Beevers y Lipson. Patterson mostró que una primera síntesis de Fourier calcula directamente a partir los datos sin procesar, sin fase de información, representado la distribución vector inter-atómica en la estructura cristalina. Este fue capaz, en estructuras simples, de mostrar toda la disposición atómica y, en los más complejos, por lo menos de indicar las posiciones de los átomos pesados. Las franjas Beevers y Lipson proporcionaron los medios para una pobre cristalografía para iniciar el cálculo - cada franja representa la distribución en forma de onda correspondiente con un solo término. Todavía tengo la carta que Beevers y Lipson me escribieron ofreciéndome una caja por 5 £, yo la compré.

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