Elektronenbeugung mit dem Transmissions‐Elektronenmikroskop als phasenbestimmendem Diffraktometer — von der Ortsfrequenzfilterung zur dreidimensionalen Strukturanalyse an Ribosomen

Röntgen‐Kristallstrukturanalyse und Elektronenmikroskopie sind dem Chemiker als leistungsfähige Untersuchungsmethoden vertraut. In den letzten zwanzig Jahren wurden Grundideen der Röntgenbeugungsanalyse auf die Elektronenmikroskopie übertragen, wodurch ein abbildendes Gerät in ein Elektronendiffraktometer umgewandelt worden ist, mit dem ein alter Traum der Kristallographen — die Messung der zur direkten Berechnung von Strukturen erforderlichen Phasenverschiebungen der Streuwellen — verwirklicht werden kann. Sein wichtigstes Anwendungsgebiet ist — wie das des Röntgendiffraktometers — die dreidimensionale Strukturanalyse in allen Gebieten der Naturwissenschaften. Über die Kristallographie hinaus können aber auch aperiodische Strukturen (gleichsam als Kristalle mit einer einzigen Elementarzelle) dreidimensional untersucht werden. Die Entwicklung von der ersten Idee (Ortsfrequenzfilterung) bis zur Analyse ribosomaler Partikeln schildert der vorliegende Fortschrittsbericht. Im Brennpunkt stehen quantitative Methoden zur Messung der Streustrahlung, die auch jenseits der konventionellen Auflösungsgrenze (bis zur atomaren Auflösung) anwendbar sind. 1968 wurde das Prinzip der dreidimensionalen Analyse nativer biologischer Kristallstrukturen mit dem Elektronenmikroskop entwickelt, nach dem heute in mehreren Laboratorien gearbeitet wird. In München konzentrierte sich die weitere Forschung auf die dreidimensionale Analyse aperiodischer und individueller (insbesondere biologischer) Objekte. Untersuchungen an 50S‐Untereinheiten des prokaryontischen Ribosoms von E. coli zeigten (allerdings nur bei gleicher Orientierung) überraschend gute Reproduzierbarkeit der Ergebnisse, welche die Ableitung von fast ideal gemittelten Modellstrukturen aus einer beschränkten Anzahl von Partikeln ermöglicht.