ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΔΙΑ ΒΙΟΥ ΜΑΘΗΣΗΣ ΑΕΙ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΠΙΚΑΙΡΟΠΟΙΗΣΗ ΓΝΩΣΕΩΝ AΠΟΦΟΙΤΩΝ ΑΕΙ (ΠΕΓΑ)

Transcript

1 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΔΙΑ ΒΙΟΥ ΜΑΘΗΣΗΣ ΑΕΙ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΠΙΚΑΙΡΟΠΟΙΗΣΗ ΓΝΩΣΕΩΝ AΠΟΦΟΙΤΩΝ ΑΕΙ (ΠΕΓΑ) «Οι σύγχρονες τεχνικές βιο-ανάλυσης στην υγεία, τη γεωργία, το περιβάλλον και τη διατροφή» 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 1

2 Βλέποντας τα πράγματα με ένα διαφορετικό φως. Πως η κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ αποκαλύπτει τη δομή βιολογικών μορίων. Δημ. Δ. Λεωνίδας Τμήμα Βιοχημείας και Βιοτεχνολογίας Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 2

3 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 3

4 Μέσος όρος nm LR λ 2 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 4

5 LR λ 2 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 5

6 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 6

7 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 7

8 Το χέρι της Anna Bertha Rӧntgen 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 8

9 atom 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 9

10 Rӧntgen και ακτίνες Χ Κύματα ή σωματίδια ; 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 10

11 Το πείραμα των Laue, Friedrich & Knipping (1912) 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 11

12 Το πείραμα των Laue, Friedrich & Knipping The development of x-ray analysis. W.L. Brag. 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 12

13 Το πείραμα των Laue, Friedrich & Knipping The development of x-ray analysis. W.L. Brag. 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 13

14 Κρύσταλλοι ZnS 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 14

15 Περίθλαση από κρύσταλλο ZnS Εικόνα από Bragg. W.L. (1913) Proc. Camb. Phil. Soc. 17, /12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 15

16 Ένα γράμμα από τον Lars Vegard (Ιούνιος 1912) «Πρόσφατα, νέες περίεργες ιδιότητες των ακτίνων Χ έχουν ανακαλυφθεί από τον Δρ Laue στο Μόναχο.» 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 16

17 Ανάκλαση από ένα κάτοπτρο προσπίπτων ανάκλαση Ανάκλαση από ένα επίπεδο ατόμων προσπίπτων ανάκλαση 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 17

18 Ανάκλαση από ένα ημιπερατό επίπεδο ατόμων προσπίπτων ανάκλαση 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 18

19 Ανάκλαση από ένα ημιπερατό στρώμα ατόμων προσπίπτων ανάκλαση 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 19

20 Ανάκλαση από ένα ημιπερατό στρώμα ατόμων προσπίπτων ανάκλαση 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 20

21 Ανάκλαση από ένα ημιπερατό στρώμα ατόμων προσπίπτων ανάκλαση 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 21

22 Ανάκλαση από ένα ημιπερατό στρώμα ατόμων προσπίπτων περίθλαση 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 22

23 Νόμος του Bragg ισχυρή περίθλαση προσπίπτων Διαφορά βήματος = 2dsinθ Ισχυρή περίθλαση αν 2dsinθ = nλ 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 23

24 Νόμος του Bragg Δεν υπάρχει περίθλαση προσπίπτων Διαφορά βήματος = 2dsinθ Στην περίπτωση αυτή 2dsinθ = (2n-1)λ/2 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 24

25 Καταστροφική παρεμβολή Νόμος του Bragg 2dsinθ = nλ 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 25

26 Καταστροφική παρεμβολή Νόμος του Bragg 2dsinθ = nλ 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 26

27 Καταστροφική παρεμβολή Νόμος του Bragg 2dsinθ = nλ 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 27

28 Καταστροφική παρεμβολή Νόμος του Bragg 2dsinθ = nλ 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 28

29 Καταστροφική παρεμβολή Χωρίς περίθλαση Νόμος του Bragg 2dsinθ = nλ 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 29

30 Στρώματα σε κρυστάλλους 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 30

31 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 31

32 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 32

33 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 33

34 O Laue υπέθεσε πως κάθε ανάκλαση προέρχονταν από κάθε άτομο αλλά προφανώς δεν κατάλαβε!!! 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 34

35 Περιθλασίγραμμα του Bragg από ένα κρύσταλλο χλωριούχου καλίου (KCl) 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 35

36 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 36

37 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 37

38 Η δομή του NaCl 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 38

39 Η αντίδραση των χημικών Στο χλωριούχο νάτριο φαίνεται πως δεν υπάρχουν μόρια που αντιπροσωπεύουν το NaCl. Υπάρχουν ίσοι αριθμοί ατόμων νατρίου και χλωρίου σε ένα μοτίβο παρόμοιο με μία σκακιέρα, το οποίο είναι αποτέλεσμα γεωμετρίας και όχι σύζευξης ατόμων. Αυτή η δήλωση είναι παράλογη στο νιοστο βαθμό. Η Χημεία δεν είναι σκάκι ούτε γεωμετρία, ότι και να υποστηρίζει η φυσική των ακτίνων Χ Είναι ώρα οι χημικοί να αναλάβουν τη Χημεία και πάλι και να την προστατέψουν από τους νεόκοπους λάτρεις κίβδηλων θεών.. 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 39

40 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 40

41 Ανάλυση πιο πολύπλοκων δομών είμαστε σχεδόν ένοχοι υπερβολής αν πούμε ότι το πείραμα Laue έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη μιας νέας επιστήμης. 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 41

42 Ας σκεφτούμε πιο πολύπλοκους κρυστάλλους Στις απλές περιπτώσεις που έχουμε δουλέψει, οι εκτιμήσεις για τη συμμετρία των κρυστάλλων, αν και δεν μπορούν από μόνες τους να καθορίσουν την κρυσταλλική δομή, είναι τόσο επαρκή ώστε με μικρή βοήθεια από τις νέες μεθόδους να είναι δυνατή η ολοκλήρωση του έργου και να προσδιορίζονται οι επακριβείς θέσεις των ατόμων να γνωστή τότε. Εντούτοις με πιο πολύπλοκους κρυστάλλους αυτό δεν είναι δυνατόν. 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 42

43 Ας σκεφτούμε πιο πολύπλοκους κρυστάλλους 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 43

44 Περίθλαση από ένα πρωτεϊνικό μόριο Κάθε μέρος του μορίου περιθλά προς κάθε κατεύθυνση 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 44

45 Περίθλαση από ένα πρωτεϊνικό μόριο Ας θεωρήσουμε τη συνολική περίθλαση σε μία μόνο κατεύθυνση 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 45

46 Περίθλαση από ένα πρωτεϊνικό μόριο Προσθέτουμε όλες τις συνιστώσες για να βρούμε τη συνολική περίθλαση σε μία κατεύθυνση 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 46

47 Περίθλαση από ένα πρωτεϊνικό μόριο Ανιχνευτής Συνολική περίθλαση σε μία κατεύθυνση 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 47

48 Περίθλαση από ένα πρωτεϊνικό μόριο K. Cowtan s Book of Fourier ( tml) 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 48

49 Ο Fourier και οι μετασχηματισμοί του «ο τρόπος με τον οποίο ο συγγραφέας οδηγείται στις εξισώσεις του δεν είναι απλός, εντούτοις η συγκρότηση τους φανερώνει κάτι ελκυστικό» «ένα από τα πλέον όμορφα αποτελέσματα στη σύγχρονη ανάλυση» 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 49

50 Περίθλαση από έναν πρωτεϊνικό κρύσταλλο 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 50

51 Περίθλαση από έναν πρωτεϊνικό κρύσταλλο 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 51

52 Περίθλαση από έναν πρωτεϊνικό κρύσταλλο Ισχύει ο νόμος του Bragg 2d sin θ = nλ 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 52

53 Περίθλαση από κρυστάλλους μεγάλων μορίων Bragg, WL (1929) Proc. R. Soc. Lond. A 123, /12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 53

54 Περίθλαση από κρυστάλλους μεγάλων μορίων Bragg, WL (1929) Proc. R. Soc. Lond. A 123, /12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 54

55 12/5/2014: 104 η επέτειο της γέννηση της Dorothy Hodgin Crowfoot 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 55

56 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 56

57 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 57

58 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 58

59 Κρύσταλλοι πεψίνης (1934) 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 59

60 Πρώτο περιθλασίγραμμα από κρυστάλλους πρωτεΐνης 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 60

61 Πρώτο περιθλασίγραμμα από κρυστάλλους πρωτεΐνης 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 61

62 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 62

63 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 63

64 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 64

65 Δομή της μυοσφαιρίνης 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 65

66 Δομή της αιμοσφαιρίνης 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 66

67 Δομή της αιμοσφαιρίνης (1962) μυοσφαιρίνη 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 67

68 Λυσοζύμη 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 68

69 Λυσοζύμη 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 69

70 Λυσοζύμη 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 70

71 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 71

72 ESRF, Grenoble, France Elettra, Trieste, Italy 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 72

73 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 73

74 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 74

75 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 75

76 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 76

77 Όλα 22/12/2015 τα μόρια παρουσιάζονται σε παρόμοια κλίμακα Δ.Δ. Λεωνίδας 77

78 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 78

79 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 79

80 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 80

81 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 81

82 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 82

83 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 83

84 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 84

85 To 1611, o Kepler πρότεινε πως οι νιφάδες χιονιού προέρχονται από μία κανονική διευθέτηση: την ουσιαστική ιδέα ενός κρυστάλλου. 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 85

86 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 86

87 Οι κρύσταλλοι των βιολογικών μορίων είναι πιο δύσκολο να αναπτυχθούν από τους κρυστάλλους ανόργανων μορίων Κρύσταλλοι πρωτεϊνών έναντι κρυστάλλων ορυκτών Υψηλή περιεκτικότητα διαλύτη (30-80 %) Μαλακοί και εύθραυστοι Ευαίσθητοι σε αφυδάτωση ή αλλαγή της θερμοκρασίας, του ph ή της ιοντικής ισχύος Μικροί και με χαμηλή εσωτερική ευταξία Οι συνθήκες κρυστάλλωσης είναι απρόβλεπτες Χαμηλή περιεκτικότητα σε διαλύτη Σκληροί και ανθεκτικοί Ανθεκτικοί σε αφυδάτωση, αλλαγές ph, ιοντικής ισχύος Σημαντικό μέγεθος και υψηλή εσωτερική ευταξία Αναπτύσσονται μέσω αλλαγών στη θερμοκρασία ή με απομάκρυνση του διαλύτη Γιατί ; Υψηλός βαθμός κινητικότητας στην επιφάνεια Χαμηλή χημική και φυσική σταθερότητα των μακρομορίων Απαίτηση για διαλυτή πρωτεΐνη σε υδατικά διαλύματα σε υψηλή συγκέντρωση 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 87

88 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 88

89 Κρυστάλλωση πρωτεϊνών: τρία κύρια στάδια 1. Πυρήνωση: δημιουργία ειδικών αλληλεπιδράσεων που απαιτούνται για την ανάπτυξη κρυστάλλων 2. Ανάπτυξη κρυστάλλων: διατεταγμένη εναπόθεση πρωτεϊνικών μορίων ή κανονικά διαταγμένων πρωτεϊνικών συσσωμάτων 3. Παύση ανάπτυξης: το διάλυμα ανάπτυξης δεν περιέχει πλέον αρκετή ποσότητα πρωτεΐνης ή η επιφάνεια του κρυστάλλου καλύπτεται από μετουσιωμένη πρωτεΐνη ή διάφορες προσμίξεις 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 89

90 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 90

91 Μέθοδος κρεμάμενης σταγόνας Μέθοδος καθήμενης σταγόνας Μικροδιαπίδυση 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας Μέθοδος σταγόνας sandwich 91

92 ph καθαρότητα συγκέντρωση απορρυπαντικά Προσθετικοί παράγοντες θερμοκρασία Γήρανση του δείγματος προσδέτες πυκνότητα και ιξώδες 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 92

93 Crystal screening Μεταβαλλόμενες Παράμετροι ph Ιοντική Ισχύ καταβυθιστικό 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 93

94 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 94

95 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 95

96 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 96

97 22/12/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας 97