Patologie kryształów makromolekularnych

Abstrakt

Makromolekuły życia, białka i kwasy nukleinowe, tworzą kryształy o ogromnej zawartości wody, średnio ~50% objętości. Niezależnie od defektów fizycznych i trywialnego zagadnienia jakości, kryształy makromolekuł, podobnie jak wszelkie inne kryształy, wykazują różnorodne patologie, gdy wszystko wygląda na pozór normalnie, z wyjątkiem tego, że interpretacja struktury jest nadzwyczaj skomplikowana lub wręcz niemożliwa. Zaskakująco często występuje pseudosymetria (nazywana również symetrią niekrystalograficzną NCS), która jest szczególnie kłopotliwa, gdy ma charakter translacyjny. Translokacyjne defekty sieciowe, zwane również zbliźniaczeniem typu porządek-nieporządek (OD), mają miejsce, gdy prawidłowo uformowane warstwy molekularne układają się z charakterystycznym błędem translacyjnym w płaszczyźnie warstwy. Zbliźniaczenie kryształu występuje, gdy domeny tworzące kryształ mają różną orientację, niezwiązaną z symetrią struktury kryształu. Znane są również krysz-tały, których okresowość, czyli charakter sieciowy, jest zaburzona częściowo lub całkowicie. Gdy ścisły porządek translacyjny bliskiego zasięgu, od komórki do komórki, jest zaburzony, lecz periodyczność jest odzyskana dzięki okresowej modulacji tego zaburzenia, mamy do czynienia ze strukturą modulowaną. W kwazikryształach natomiast (jak dotąd nie napotkanych jeszcze w świecie makromolekuł biologicznych) okresowość w przestrzeni trójwymiarowej (3D) nie występuje w ogóle, a obrazu dyfrakcyjnego – który o dziwo jest dyskretny! – nie można wywskaźnikować przy użyciu trzech liczb całkowitych hkl. Znane są także inne zjawiska o charakterze patologii, takie jak wysoka mozaikowość, anizotropowa dyfrakcja, czy rozpraszanie dyfuzyjne, które bardzo utrudniają, a niekiedy uniemożliwiają poprawną interpretację obrazów dyfrakcyjnych.