DNA衍射圖譜

衍射又稱為繞射，光線照射到物體邊沿後通過散射繼續在空間發射的現象。如果採用單色平行光，則衍射後將產生干涉結果。相干波在空間某處相遇後，因位相不同，相互之間產生干涉作用，引起相互加強或減弱的物理現象。 衍射的條件，一是相干波（點光源發出的波），二是光柵。

基本介紹

• 中文名：DNA衍射圖譜
• 外文名：DNA diffraction pattern
• 衍射的條件：相干波，光柵
• 波長數量級：10^(-8)cm
• 衍射花樣：呈X形
• 衍射圖像對象：分子大致的結構和形狀

衍射

衍射的結果是產生明暗相間的衍射花紋，代表著衍射方向（角度）和強度。根據衍射花紋可以反過來推測光源和光珊的情況。 為了使光能產生明顯的偏向，必須使“光柵間隔”具有與光的波長相同的數量級。用於可見光譜的光柵每毫米要刻有約500到500條線 。 1913年，勞厄想到，如果晶體中的原子排列是有規則的，那么晶體可以當作是X射線的三維衍射光柵。X射線波長的數量級是10^(-8)cm ,這與固體中的原子間距大致相同。果然試驗取得了成功，這就是最早的X射線衍射。 顯然，在X射線一定的情況下，根據衍射的花樣可以分析晶體的性質。但為此必須事先建立X射線衍射的方向和強度與晶體結構之間的對應關係X射線纖維衍射技術 　生物大分子中的螺旋分子,如角蛋白、膠原及遺傳物質 DNA（脫氧核糖核酸）等大多難以結晶（寡聚核苷酸例外），但能聚集成為纖維。平行排列這些纖維也能使 X射線發生衍射。這些螺旋分子的外形相似於彈簧，有可測量的螺距和半徑。每圈螺旋包含數目相同的單元。因此它們的長軸方向具有周期結構的性質。它們的衍射花樣呈X形,且在水平方向衍射點按層線排列。由X形的斜度及層線的間距可以計算螺距和半徑。由中心至垂直最遠衍射弧的距離可以計算單元間沿螺軸方向的距離。由於這些大分子的徑向側鏈處於無序狀態,它們對X射線僅產生背景散射。因此纖維衍射技術無法測定大分子中原子的空間位置。但是如果結合考慮這些大分子的化學組份及立體化學等性質，也可由衍射花樣推斷該分子的結構模型。DNA分子的右手雙螺旋模型(圖3)的建立是個典型的例子。這是由美國物理學家J.D.沃森和英國生物學家F.H.C.克里克於1953年提出來的。當時已知 DNA分子由多聚脫氧核苷酸鏈組成，並已知它是一種遺傳物質。他們由纖維衍射的強度和花樣（圖4）推斷該分子為雙螺旋結構，並算出它的螺距為34埃，每圈螺旋包含10個由氫鍵連線的嘌呤－嘧啶鹼基對，螺旋半徑為10埃。這個模型很好地解釋了 DNA分子作為遺傳物質的自我複製機制。

DNA衍射圖譜

圖譜的分析

將DNA純化後，結晶。生成晶體後（你可以想像成像食鹽顆粒一樣的東西，只不過還要小的多），使用同步輻射X射線投射到DNA晶體上，X射線將產生衍射，衍射符合布拉格公式。我們不能從衍射圖譜中“看出”，而是根據這個圖譜加之布拉格公式計算DNA的結構。倫敦國王學院的威爾金斯、弗蘭克林實驗室，他們用x射線衍射法研究dna的晶體結構。當x射線照射到生物大分子的晶體時，晶格中的原子或分子會使射線發生偏轉，根據得到的衍射圖像，可以推測分子大致的結構和形狀。

用X射線照射DNA分子，觀察射線在照相底片上產生的點子（衍射花樣），計算點子的分散角度等（每一點子的分散角度代表DNA分子的一個原子的位置或若干原子團的位置）推測分子排列。
最關鍵的第51號圖譜是下圖，1952年5月拍攝。

照片中心X射線反射（使X射線底片變黑）的圖象是交叉的，說明它是螺旋形的，頂部和底部最濃黑的部分，說明嘌呤鹼和嘧啶鹼垂直於螺旋軸，每隔3.4埃規律出現一對。
對A型DNA、B型DNA拍了好多張X射線衍射圖譜，絲狀（鏈形態的），可以得到34埃的數據。富蘭克林還發現在翻轉180度之後看起來還是一樣，沃森與克里克在得到這一信息後，意識到兩條鏈是反向的。
在得到51號圖時，還得到的了一些數據。
1953年2月24日富蘭克林經過計算分析得出雙股螺旋的結論，而沃森與克里克則是嘗試以雙螺旋模型與這些數據信息吻合。當時自然雜誌同時發表了三篇論文，另二篇是威爾金斯的和富蘭克林與藍道夫的。
解讀DNA晶體X射線衍射圖譜，要用到很複雜的數學計算。

布拉格公式

布拉格公式為：2dsinθ=nλ，其中d為晶面間距，θ為衍射半角（即發生衍射峰對應的θ角度），