Множественная изоморфная замена

Множественное изоморфное замещение (MIR) исторически является наиболее распространенным подходом к решению фазовой проблемы в исследованиях белков с помощью рентгеновской кристаллографии. Для белковых кристаллов этот метод проводится путем пропитывания кристалла анализируемого образца раствором тяжелого атома или совместной кристаллизации с тяжелым атомом. Добавление тяжелого атома (или иона) в структуру не должно влиять на формирование кристаллов или размеры элементарной ячейки по сравнению с его природной формой, следовательно, они должны быть изоморфными.

Сначала собираются наборы данных из нативной пробы и производной с тяжелым атомом. Затем интерпретация разностной карты Паттерсона показывает положение тяжелого атома в элементарной ячейке. Это позволяет определить как амплитуду, так и фазу вклада тяжелого атома. Поскольку структурный фактор производной тяжелого атома ( F ph) кристалла представляет собой векторную сумму одиночного тяжелого атома ( F h) и собственного кристалла ( F p), то фаза векторов собственного F p и F ph может решаться геометрически.

${\ Displaystyle \ mathbf {F} _ {ph} = \ mathbf {F} _ {p} + \ mathbf {F} _ {h}}$

По крайней мере, две изоморфные производные должны быть оценены, поскольку использование только одной даст две возможные фазы.

• 1 Развитие
  • 1.1 Единичное изоморфное замещение (SIR)
  • 1.2 Множественное изоморфное замещение (MIR)
• 2 Примеры
• 3 См. Также
  • 3.1 Аномальная дисперсия
  • 3.2 Другое
• 4 ссылки
  • 4.1 Дальнейшее чтение
• 5 Внешние ссылки
  • 5.1 Компьютерные программы
  • 5.2 Учебники и примеры

Единичное изоморфное замещение (SIR)

Ранние демонстрации изоморфного замещения в кристаллографии были получены от Джеймса М. Корка, Джона Монтеата Робертсона и других. Ранняя демонстрация изоморфного замещения в кристаллографии произошла в 1927 году, когда была опубликована статья о рентгеновских кристаллических структурах ряда квасцов из Корка. В квасцы соединения изученных имели общую формулу A ^.B ^.(SO 4) 2 ^.12H 2 O, где A представлял собой одновалентный ион металла ( NH4 ⁺, K ⁺, Rb ⁺, Cs ⁺ или Tl ⁺ ), B был ионом трехвалентного металла ( Al ³⁺, Cr ³⁺ или Fe ³⁺ ) и S обычно была серой, но также могла быть селеном или теллуром. Поскольку кристаллы квасцов были в значительной степени изоморфными, когда тяжелые атомы были заменены, они могли быть фазированы путем изоморфного замещения. Для определения положений тяжелых атомов использовался анализ Фурье.

Первая демонстрация изоморфного замещения в кристаллографии белков была в 1954 г. в статье Дэвида В. Грина, Вернона Инграма и Макса Перуца.

Множественное изоморфное замещение (MIR)

Некоторые примеры тяжелых атомов, используемых в белке MIR:

• Ионы Hg ²⁺ связываются с тиоловыми группами.
• Соли уранила ( UO 2 + NO 3 ) связываются между карбоксильными группами в Asp и Glu.
• Свинец связывается с остатками Cys.
• PtCl 4 ^2- ( ион ) связывается с His

Аномальная дисперсия

• Многоволновая аномальная дисперсия (MAD)
• Одноволновая аномальная дисперсия (SAD)

Другой

• Карта Паттерсона

дальнейшее чтение

• Хендриксон WA (1985). «Анализ структуры белка по дифракционным измерениям на нескольких длинах волн». Пер. ACA. 21.
• Карл Дж (1980). "Некоторые разработки в области аномальной дисперсии для структурных исследований макромолекулярных систем в биологии". Международный журнал квантовой химии: симпозиум по квантовой биологии. 7: 357–367.
• Карл Дж (1989). «Линейный алгебраический анализ конструкций с одним преобладающим типом аномального рассеивателя». Acta Crystallogr.. 45 (4): 303–307. DOI : 10.1107 / s0108767388013042. PMID   2559755.
• Палер А., Смит Дж. Л., Хендриксон В. А. (1990). «Вероятностное представление информации о фазе из многоволновой аномальной дисперсии». Acta Crystallogr.. 46 (7): 537–540. DOI : 10.1107 / s0108767390002379. PMID   2206480.
• Тервиллигер TC (1994). «MAD Phasing: байесовские оценки FA». Acta Crystallogr. D. 50: 11–16. DOI : 10.1107 / s0907444993008224. PMID   15299471.
• Тервиллигер TC (1994). «Стадия MAD: обработка дисперсионных различий как информации об изоморфном замещении». 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, Иллинойс (1995). «Метод многоволнового аномального контраста растворителя (MASC) в макроколекулярной кристаллографии». J. Synchrotron Rad. 2 (Pt 1): 36–48. DOI : 10.1107 / S0909049594006680. PMID   16714785.
• de la Fortelle E, Bricogne G (1997). Уточнение параметров тяжелых атомов с максимальным правдоподобием для методов множественного изоморфного замещения и многоволновой аномальной дифракции. Методы в энзимологии. 276. С.  472–494. DOI : 10.1016 / S0076-6879 (97) 76073-7. ISBN   978-0-12-182177-7. PMID   27799110.
• Хендриксон WA, Огата CM (1997). Определение фазы из измерений многоволновой аномальной дифракции. Методы в энзимологии. 276. С.  494–523. DOI : 10.1016 / S0076-6879 (97) 76074-9. ISBN   978-0-12-182177-7. PMID   27799111.
• Белла Дж, Россманн MG (1998). «Общий алгоритм фазирования для множественных данных MAD и MIR». Acta Crystallogr. D. 54 (2): 159–174. DOI : 10.1107 / s0907444997010469. PMID   9761882.
• Гусс Дж. М., Мерритт Э. А., Физакерли Р. П., Хедман Б., Мурата М., Ходжсон К. О., Фриман ХК (1989). «Определение фазы с помощью дифракции рентгеновских лучей на нескольких длинах волн: кристаллическая структура основного синего белка меди из огурцов». Наука. 241 (4867): 806–811. Bibcode : 1988Sci... 241..806G. DOI : 10.1126 / science.3406739. PMID   3406739.

• MAD phasing - подробное руководство с примерами, иллюстрациями и ссылками.

Компьютерные программы

• Пакет абсорбции SSRL - Бреннан С., Коуэн П.Л. (1992). «Набор программ для расчета характеристик поглощения, отражения и дифракции рентгеновских лучей для различных материалов на произвольных длинах волн». Rev. Sci. Instrum. 63 (1): 850. Bibcode : 1992RScI... 63..850B. DOI : 10.1063 / 1.1142625.
• CHOOCH - Эванс Г., Петтифер РФ (2001). «CHOOCH: программа для получения факторов аномального рассеяния из спектров рентгеновской флуоресценции». J. Appl. Cryst. 34: 82–86. DOI : 10.1107 / S0021889800014655.
• Встряхните и испеките ( SnB) - Смит Г. Д., Нагар Б., Рини Дж. М., Хауптман Х. А., Благословение Р. Х. (1998). «Использование Snb для определения субструктуры аномального рассеяния». Acta Crystallogr D. 54 (Pt 5): 799–804. DOI : 10.1107 / S0907444997018805. PMID   9757093.
• SHELX - Шелдрик GM (1998). «ШЕЛКС: приложения к макромолекулам». В С. Фортье (ред.). Прямые методы решения макромолекулярных структур. Дордрехт: Kluwer Academic Publishers. С. 401–411. ISBN   0-7923-4949-0.

Учебники и примеры

• Эванс, Гвиндаф (октябрь 1994 г.). «Метод множественной аномальной дифракции длин волн с использованием синхротронного излучения при оптимальных энергиях рентгеновского излучения: применение в кристаллографии белков». Кандидатская диссертация. Уорикский университет.