Time-resolved Crystallography

Another important development that has emerged from the availability of the synchrotron X-ray source is 'millisecond macromolecular crystallography'. This development (still in the emerging stage) promises to extend the range of structure dynamics studies of biochemical problems by X-ray crystallography. Because of the high intensity of X-rays from the synchrotron radiation source, the time span of intensity data collection can be reduced to seconds; and under certain orientations of the crystal, a complete intensity data set can be obtained in a single exposure (by the Laue method). This technique was applied successfully to study the binding of the ligand, maltoheptose, to glycogen phosphorylase-b by taking Laue diffraction sets before, during and after the addition of the ligand, and it was established conclusively that the ligand, maltoheptose, was bound to the glycogen-storage site of the enzyme. More such developments are expected in the coming years.

Both Laue photography and the anomalous dispersion technique are not new methodologies, but with the availability of the right source and concomitant advances in instrumentation, new frontiers of research have been opened up to exploit the full potentiality of X-ray diffraction techniques. For example, the structure determination of bacterial photoreaction centres has been accomplished for which the group led by Huber was awarded the Nobel Prize in 1988. However, the structure represents only the static picture of the ground state of the photoreaction centres. Subtle structural (or conformational) changes that occur during charge-separation (exited state) could now be attempted by the application of 'time-resolved' X-ray crystallography.

Detailed structural information on biological molecules is crucial for interpreting their functions features. X-ray diffraction techniques, augmented by NMR and semi-empirical methods of structure prediction and computer modelling can yield the necessary structural information on the structure dynamics and functions of biologically important compounds. In addition, data augmented by recent biochemical methods, such as site-directed mutagenesis, establishing the functional roles of specific groups in a macro molecule, by selectively altering the groups and monitoring the altered functions, has enormously increased the crucial and central role X-ray crystallography will play in the coming years in all fields of biological and medical sciences.

Define the following words

Concomitant, instrumentation, to exploit, to augment, semi-empirical, mutagenesis, to yield.

Complete the sentences

1. Another important development that has emerged from…

2. Because of the high intensity of X-rays…

3. This technique was applied successfully to study...

4. Subtle structural changes that occur during charge-separation…

5. Detailed structural information on biological molecules

6. Augmented by NMR, X-ray diffraction techniques…

Match the words in the left column with suitable words in the right column to make up collocations. Translate them into Russian.

extend	changes
time	exposure
data	method
single	mutagenesis
ground	set
structural	span
site-directed	state
empirical	the range

Translate the text into Russian orally

Атомное строение кристалла определяется по тому, каким образом пучок рентгеновских лучей дифрагирует на нем в разных направлениях. Кристалл состоит из бесчисленного множества маленьких элементарных ячеек, каждая из которых построена из одного и того же весьма определенного набора атомов. Эти ячейки повторяются регулярно подобно рисунку на обоях, за тем исключением, что в кристаллах эта повторяемость идет по всем направлениям в трехмерном пространстве. Направления рассеяния пучка зависят от расстояний, через которые повторяется вся картина. С другой стороны, интенсивность дифрагировавших пучков зависит от расположения атомов в каждой ячейке. Волны, рассеиваемые атомами, интерферируют, приводя к усилению интенсивности в одних направлениях и ослаблению — в других. Цель рентгенографического анализа состоит в том, чтобы определить то расположение атомов, которое отвечает наблюдаемым интенсивностям многих дифрагировавших пучков.

Это подводит нас к вопросу о том, почему именно рентгеновские лучи, а не другие доступные нам виды электромагнитного излучения, необходимы для проведения таких исследований. Для того чтобы в результате интерференции дифрагировавших пучков произошли заметные изменения в интенсивности рассеяния по разным направлениям, необходимо, чтобы пути, проходимые рассеянными пучками, отличались примерно на длину волны. Только в случае рентгеновского излучения длины волн достаточно коротки для того, чтобы это условие было выполнено.