3.2. Рентгеноструктурный анализ кристаллов выявляет пространственное расположение атомов
Выявление трехмерной структуры миоглобина Джоном Кендрью (J. Kendrew) и гемоглобина Максом Перутцом (М. Perutz) явилось выдающимся достижением молекулярной биологии. Эти исследования, успешно завершенные в конце 50-х годов, доказали применимость рентгеноструктурного анализа (рентгеноструктурной кристаллографии) для изучения структуры таких макромолекул, как белки. До 1957 г. самой большой из исследованных этим методом молекул был витамин В12, молекулярная масса которого на порядок меньше молекулярной массы миоглобина (17,8 кДа) или гемоглобина (
Определение пространственной структуры этих белков послужило огромным стимулом для развития белковой кристаллографии. Проводятся исследования по установлению пространственной структуры большого множества различных белков. Более чем для 50 белков пространственная структура к настоящему времени изучена уже детально. Рентгеноструктурный анализ вносит большой вклад в наши представления о структуре и функции белков, потому что это единственный метод, выявляющий пространственное расположение большинства атомов в белке. Ценным источником информации о структуре биологических макромолекул может служить также электронная микроскопия, однако пока еще она не позволяет выявить архитектуру молекулы на уровне атомов.
Прежде чем обратиться непосредственно к пространственной структуре миоглобина и гемоглобина, рассмотрим некоторые основные аспекты метода рентгеноструктурного анализа. Прежде всего анализируемый белок должен быть выделен в кристаллическом виде. Миоглобин, например, кристаллизуется при добавлении сульфата аммония к концентрированному раствору белка (рис. 3.4). В концентрации 
сульфат аммония значительно снижает растворимость миоглобина и тем самым приводит к его кристаллизации. Растворимость
Рис. 3.2.
Атом железа в геме способен образовывать шесть связей. Четыре из них расположены в плоскости гема. Пятая находится по одну сторону от этой плоскости, шестая - по другую. Расположение связанных с железом атомов называют также координационными положениями.
Рис. 3.3.
Гем гемоглобина (желтым показано Fe, синим -N, красным-О, черным-С).
большинства белков снижается при добавлении любых солей в высокой концентрации. Этот эффект называется высаливанием. Полученные таким образом кристаллы миоглобина (рис. 3.5) могут достигать нескольких миллиметров в длину.
Для проведения рентген оструктурн 
анализа необходимы три компонента: источник рентгеновских лучей, кристалл белка и детектор (рис. 3.6). Рентгеновское излучение с длиной волны 1,54 А получают путем бомбардировки медной мишени ускоренными электронами. Узкий пучок рентгеновских лучей направляется на кристалл белка. При этом часть пучка проходит через кристалл, не меняя своего направления, тогда как другая часть рассеивается в различных направлениях (дифракция лучей). Рассеянные пучки лучей попадают на фото пленку, причем степень потемнения эмульсии на пленке пропорциональна интенсивности падающих на нее лучей. В основе метода лежат следующие физические принципы:
1. Рентгеновские лучи рассеиваются электронами. Амплитуда волны, рассеиваемой атомом, пропорциональна числу электронов в атоме. Так, атом углерода рассеивает лучи в шесть раз сильнее, чем атом водорода.
2. Рассеянные волны взаимодействуют друг с другом (интерферируют). Каждый атом вносит свой вклад в отклонение каждого пучка лучей. Рассеянные волны могут усиливать или гасить друг друга в зависимости от того, совпадают они по фазе или нет.
3. Характер взаимодействия рассеянных волн целиком определяется расположением атомов в исследуемом веществе.
