Vícenásobná izomorfní náhrada - Multiple isomorphous replacement

Vícenásobná izomorfní náhrada (MIR) je historicky nejběžnějším přístupem k řešení fázový problém v Rentgenová krystalografie studie bílkoviny. U proteinových krystalů se tato metoda provádí namočením krystalů vzorku, který má být analyzován, a těžký atom roztok nebo kokrystalizace s těžkým atomem. Přidání těžkého atomu (nebo iontu) do struktury by nemělo ovlivnit tvorbu krystalů nebo jednotková buňka rozměry ve srovnání s jeho přirozenou formou, proto by měly být izomorfní.

Nejprve se shromáždí datové sady z nativního derivátu a derivátu těžkého atomu ve vzorku. Pak interpretace Pattersonova rozdílová mapa odhaluje umístění těžkého atomu v jednotkové buňce. To umožňuje jak amplituda a fáze příspěvku těžkého atomu, který má být stanoven. Protože strukturní faktor derivátu těžkého atomu (F_ph) krystalu je vektorový součet osamělého těžkého atomu (F_h) a nativní krystal (F_p) pak fáze nativního F_p a F_ph vektory lze řešit geometricky.

{ displaystyle mathbf {F} _ {ph} = mathbf {F} _ {p} + mathbf {F} _ {h}}

Musí být hodnoceny alespoň dva izomorfní deriváty, protože použití pouze jedné poskytne dvě možné fáze.

Rozvoj

Single Isomorphous Replacement (SIR)

Rané demonstrace izomorfní náhrady v krystalografii pocházejí Korek,^[1] John Monteath Robertson,^[2] a další. Časná demonstrace isomorfní náhrady v krystalografii přišla v roce 1927 s příspěvkem, který uvádí rentgenové krystalové struktury řady kamenec sloučeniny z James M. Cork.^[1] The kamenec studované sloučeniny měly obecný vzorec A^.B^.(TAK₄)₂^.12H₂O, kde A byl jednomocný kovový ion (NH4⁺, K.⁺, Rb⁺, Čs⁺ nebo Tl⁺ ), B byl trojmocný kovový ion (Al³⁺, Cr³⁺ nebo Fe³⁺ ) a S byla obvykle síra, ale také mohla být selen nebo telur. Protože krystaly kamence byly při změně těžkých atomů do značné míry izomorfní, mohly být fázově nahrazeny izomorfní náhradou. K nalezení pozic těžkých atomů byla použita Fourierova analýza.

První demonstrace isomorfní náhrady v proteinové krystalografii byla v roce 1954 s prací od David W. Green, Vernon Ingram, a Max Perutz.^[3]

Vícenásobná izomorfní náhrada (MIR)

Příklady

Některé příklady těžkých atomů používaných v proteinu MIR:

Hg²⁺ ionty se vážou thiol skupiny.
Uranyl soli (UO₂ + NE₃ ) vázat mezi karboxyl skupiny v Asp a Glu
Vést váže se na zbytky Cys.
PtCl₄²⁻ (ion ) vázat na Jeho

Viz také

Anomální disperze

Anomální disperze s více vlnovými délkami (ŠÍLENÝ)
Anomální disperze jedné vlnové délky (SMUTNÝ)

Izomorfní náhrada

Dvě metody pro poskytnutí potřebné informace o fázování zavedením těžkých atomů do izomorfních krystalů:

Vícenásobná izomorfní náhrada (MIR); a
Jediná izomorfní náhrada anomálním signálem (SIRAS)

jiný

Mapa Patterson

Reference

^ ^A ^b Cork, J.M. (říjen 1927). „LX. Krystalová struktura některých kamenců“. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 4 (23): 688–698. doi:10.1080/14786441008564371. ISSN 1941-5982.
^ Robertson, J. Monteath (01.01.1937). „Rentgenová analýza a aplikace metod Fourierovy řady na molekulární struktury“. Zprávy o pokroku ve fyzice. 4 (1): 332–367. doi:10.1088/0034-4885/4/1/324. ISSN 0034-4885.
^ Green, D. W .; Ingram, Vernon Martin; Perutz, Max Ferdinand; Bragg, William Lawrence (1954-09-14). "Struktura hemoglobinu - IV. Stanovení znaménka izomorfní náhradní metodou". Sborník královské společnosti v Londýně. Řada A. Matematické a fyzikální vědy. 225 (1162): 287–307. doi:10.1098 / rspa.1954.0203. S2CID 96889917.

Další čtení

Hendrickson WA (1985). "Analýza proteinové struktury z měření difrakce na více vlnových délkách". Trans. ACA. 21.
Karle J (1980). "Některý vývoj v anomální disperzi pro strukturální výzkum makromolekulárních systémů v biologii". International Journal of Quantum Chemistry: Quantum Biology Symposium. 7: 357–367.
Karle J (1989). „Lineární algebraické analýzy struktur s jedním převládajícím typem anomálního rozptylu“. Acta Crystallogr. A. 45 (4): 303–307. doi:10,1107 / s0108767388013042. PMID 2559755.
Pahler A, Smith JL, Hendrickson WA (1990). „Reprezentace pravděpodobnosti pro fázové informace z anomální disperze více vlnových délek“. Acta Crystallogr. A. 46 (7): 537–540. doi:10,1107 / s0108767390002379. PMID 2206480.
Terwilliger TC (1994). „MAD Phasing: Bayesian Estimates of FA“. Acta Crystallogr. D. 50: 11–16. doi:10,1107 / s0907444993008224. PMID 15299471.
Terwilliger TC (1994). „Fázování MAD: Zacházení s disperzními rozdíly jako s izomorfní náhradou“. Acta Crystallogr. D. 50 (Pt 1): 17–23. doi:10,1107 / s0907444993008236. PMID 15299472.
Fourme R, Shepard W, Kahn R, l'Hermite G, de La Sierra IL (1995). "Metoda anomálního rozpětí rozpouštědla s více vlnovými délkami (MASC) v makrokolekulární krystalografii". J. Synchrotron Rad. 2 (Pt 1): 36–48. doi:10.1107 / S0909049594006680. PMID 16714785.
de la Fortelle E, Bricogne G (1997). Maximální pravděpodobnost zdokonalení parametrů těžkého atomu pro více izomorfních náhrad a metody anomálních difrakčních difrakcí s více vlnovými délkami. Metody v enzymologii. 276. str.472–494. doi:10.1016 / S0076-6879 (97) 76073-7. ISBN 978-0-12-182177-7. PMID 27799110.
Hendrickson WA, Ogata CM (1997). Fázové stanovení z anomálních difrakčních měření více vlnových délek. Metody v enzymologii. 276. str.494–523. doi:10.1016 / S0076-6879 (97) 76074-9. ISBN 978-0-12-182177-7. PMID 27799111.
Bella J, Rossmann MG (1998). "Obecný fázovací algoritmus pro více dat MAD a MIR". Acta Crystallogr. D. 54 (2): 159–174. doi:10.1107 / s0907444997010469. PMID 9761882.
Guss JM, Merritt EA, Phizackerley RP, Hedman B, Murata M, Hodgson KO, Freeman HC (1989). „Fázové stanovení rentgenovou difrakcí s více vlnovými délkami: krystalová struktura základního bílého měděného proteinu z okurek“. Věda. 241 (4867): 806–811. Bibcode:1988Sci ... 241..806G. doi:10.1126 / science.3406739. PMID 3406739.

externí odkazy

MAD fázování - podrobný návod s příklady, ilustracemi a odkazy.

Počítačové programy

SSRL absorpční balíček — Brennan S, Cowan PL (1992). „Sada programů pro výpočet absorpce, odrazu a difrakce rentgenového záření pro různé materiály při libovolných vlnových délkách“. Rev. Sci. Instrum. 63 (1): 850. Bibcode:1992RScI ... 63..850B. doi:10.1063/1.1142625.
CHOOCH — Evans G, Pettifer RF (2001). „CHOOCH: program pro odvození anomálních faktorů rozptylu z rentgenových fluorescenčních spekter“. J. Appl. Cryst. 34: 82–86. doi:10.1107 / S0021889800014655.
Shake-and-Bake (SnB) — Smith GD, Nagar B, Rini JM, Hauptman HA, Blessing RH (1998). "Použití Snb k určení anomální rozptylové spodní konstrukce". Acta Crystallogr D. 54 (Pt 5): 799–804. doi:10.1107 / S0907444997018805. PMID 9757093.
SHELX — Sheldrick GM (1998). "SHELX: aplikace na makromolekuly". In S Fortier (ed.). Přímé metody řešení makromolekulárních struktur. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. 401–411. ISBN 0-7923-4949-0.

Výukové programy a příklady

Evans, Gwyndaf (říjen 1994). „Metoda anomální difrakce více vlnových délek pomocí synchrotronového záření při optimálních rentgenových energiích: aplikace na krystalografii proteinů“. Disertační práce. University of Warwick.

[:0-1] A ^b Cork, J.M. (říjen 1927). „LX. Krystalová struktura některých kamenců“. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 4 (23): 688–698. doi:10.1080/14786441008564371. ISSN 1941-5982.

[2] Robertson, J. Monteath (01.01.1937). „Rentgenová analýza a aplikace metod Fourierovy řady na molekulární struktury“. Zprávy o pokroku ve fyzice. 4 (1): 332–367. doi:10.1088/0034-4885/4/1/324. ISSN 0034-4885.

[3] Green, D. W .; Ingram, Vernon Martin; Perutz, Max Ferdinand; Bragg, William Lawrence (1954-09-14). "Struktura hemoglobinu - IV. Stanovení znaménka izomorfní náhradní metodou". Sborník královské společnosti v Londýně. Řada A. Matematické a fyzikální vědy. 225 (1162): 287–307. doi:10.1098 / rspa.1954.0203. S2CID 96889917.

[1]

[2]

[3]