Kristallografie is de studie van de ordening van atomen in vaste stoffen.
Vóór de ontwikkeling van de röntgenkristallografie was de studie van kristallen gebaseerd op hun geometrie. Hierbij worden de hoeken van de kristalvlakken gemeten en wordt de symmetrie van het kristal in kwestie vastgesteld.
Kristalstructuur wordt nu gevonden door analyse van de diffractiepatronen van een monster dat door een of andere bundel wordt gericht.
De techniek werd gezamenlijk uitgevonden door Sir William Bragg (1862-1942) en zijn zoon Sir Lawrence Bragg (1890-1971), die samen de Nobelprijs voor natuurkunde wonnen voor 1915. Lawrence Bragg was de jongste Nobelprijswinnaar. Hij was directeur van het Cavendish Laboratory, Cambridge University, toen James D. Watson en Francis Crick in februari 1953 de structuur van DNA ontdekten.
Röntgenstraling wordt het meest gebruikt, maar voor sommige doeleinden worden elektronen of neutronen gebruikt. Vanwege de verschillende vormen van interactie zijn de drie soorten straling geschikt voor verschillende kristallografische studies.
Sommige materialen die met kristallografie worden bestudeerd, zoals eiwitten, komen van nature niet als kristallen voor. Dergelijke moleculen worden in oplossing gebracht en in dagen, weken of maanden gekristalliseerd.
Zodra een kristal is verkregen, kunnen gegevens worden verzameld met behulp van een stralingsbundel. Hoewel röntgenapparatuur gemeengoed is, maakt de kristallografie vaak gebruik van speciale synchrotronlichtbronnen om röntgenstraling te maken. Deze produceren zuiverder en vollediger patronen. Synchrotronbronnen hebben ook een veel hogere intensiteit van de röntgenstralenbundels, zodat het verzamelen van gegevens een fractie vergt van de tijd die normaal nodig is bij zwakkere bronnen.
Het maken van een beeld uit een diffractiepatroon vereist verfijnde wiskunde.
De wiskundige methoden voor de analyse van diffractiegegevens zijn alleen van toepassing op patronen, die op hun beurt alleen ontstaan wanneer golven uit ordelijke arrays breken. Vandaar dat kristallografie grotendeels alleen van toepassing is op kristallen, of op moleculen die kunnen worden gekristalliseerd.
Desondanks kan een bepaalde hoeveelheid moleculaire informatie worden afgeleid uit de patronen die door vezels en poeders worden gegenereerd. Zo werd de dubbel-helische structuur van DNA afgeleid uit een röntgendiffractiepatroon dat werd verkregen uit een vezelig monster.
Elektronenkristallografie is een methode om de ordening van atomen in vaste stoffen te bepalen met behulp van een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM). De methode werd uitgevonden door Aaron Klug, die hiervoor, en voor zijn studies over virusstructuren en transfer-RNA, in 1982 de Nobelprijs voor scheikunde won.
De eerste elektronenkristallografische eiwitstructuur met atomaire resolutie was bacteriorhodopsine in 1990.
Kristallografie is een instrument dat vaak wordt gebruikt in de materiaalkunde. Het begrijpen van kristalstructuren is nodig om kristallografische defecten te begrijpen.
Een aantal andere fysische eigenschappen houdt verband met kristallografie. Zo vormen de mineralen in klei kleine, platte, plaatvormige structuren. Klei kan gemakkelijk worden vervormd omdat de platelike deeltjes langs elkaar kunnen glijden in het vlak van de platen, maar sterk verbonden blijven in de richting loodrecht op de platen. Dergelijke mechanismen kunnen worden bestudeerd door kristallografische textuurmetingen.
Kristallografie omvat de symmetriepatronen die atomen in een kristal kunnen vormen.
Röntgenkristallografie was de belangrijkste methode om de 3-D moleculaire structuur van biologische macromoleculen te bepalen. De belangrijkste daarvan zijn enzymen en nucleïnezuren zoals DNA en RNA. In feite werd de dubbele helixstructuur van DNA uitgewerkt aan de hand van kristallografische gegevens.
De eerste kristalstructuur van een macromolecuul werd opgelost in 1958 De Protein Data Bank (PDB) is een vrij toegankelijke opslagplaats voor de structuren van eiwitten en andere biologische macromoleculen. Computerprogramma's kunnen worden gebruikt om biologische moleculaire structuren te visualiseren.
Voor macromoleculen die geen grote 3-D kristallen vormen, heeft röntgenkristallografie nu plaatsgemaakt voor elektronenkristallografie.
A: Kristallografie is de studie van de ordening van atomen in vaste stoffen, meestal in een driedimensionaal patroon.
A: Voor de ontwikkeling van röntgenkristallografie was de studie van kristallen gebaseerd op hun geometrie.
A: De studie van kristalgeometrie omvat het meten van de hoeken van kristalvlakken en het vaststellen van de symmetrie van het kristal in kwestie.
A: Röntgenkristallografie heeft bijgedragen aan het onthullen van de atomaire structuur van kristallen, wat ons begrip van materialen enorm heeft verbeterd.
A: Röntgenkristallografie werkt door een kristal bloot te stellen aan een bundel röntgenstralen en het diffractiepatroon te meten van de interacties tussen de röntgenstralen en de atomen in het kristal.
A: Met röntgenkristallografie is het mogelijk om de driedimensionale structuur van moleculen, de posities van atomen in het kristal en de bindingen tussen hen te bepalen.
A: De studie van kristalstructuur is belangrijk omdat het invloed heeft op veel gebieden van de wetenschap, waaronder scheikunde, materiaalkunde, biologie en geneeskunde. Het is ook nuttig geweest bij de ontwikkeling van nieuwe materialen en geneesmiddelen.