Multipel isomorf ersättning

Multipel isomorf ersättning (MIR) är historiskt sett den vanligaste metoden för att lösa fasproblemet i röntgenkristallografistudier av proteiner . För proteinkristaller utförs denna metod genom att blötlägga kristallen av ett prov som ska analyseras med en tungatomlösning eller samkristallisation med den tunga atomen. Tillägget av den tunga atomen (eller jonen) till strukturen bör inte påverka kristallbildningen eller enhetscellens dimensioner i jämförelse med dess naturliga form, därför bör de vara isomorfa .

Datauppsättningar från det naturliga och tunga atomderivatet av provet samlas först in. Sedan avslöjar tolkningen av Patterson-skillnadskartan den tunga atomens placering i enhetscellen. Detta gör att både amplituden och fasen för tungatombidraget kan bestämmas. Eftersom strukturfaktorn för den _tunga atomderivatan ( F _ph ) av kristallen är vektorsumman av den ensamma tunga atomen ( F _h ) och den naturliga kristallen ( F _p ), så kan fasen för de nativa Fp- och F _ph -vektorerna lösas geometriskt.

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

Minst två isomorfa derivat måste utvärderas eftersom användning av endast en ger två möjliga faser.

Utveckling

Enkel isomorf ersättning (SIR)

Tidiga demonstrationer av isomorf ersättning i kristallografi kommer från James M. Cork , John Monteath Robertson och andra. En tidig demonstration av isomorf ersättning i kristallografi kom 1927 med ett papper som rapporterade röntgenkristallstrukturerna för en serie alunföreningar från Cork. De alunföreningarna hade den allmänna formeln A ^. B ^. ( _SO4 ) ₂ ^. 12H2O , där A var en envärd metalljon ( NH4 ⁺ , K ⁺ , Rb ⁺ , Cs ⁺ _eller Tl ⁺ ), B var en trevärd metalljon ( Al3 ⁺ , Cr3 ⁺ eller Fe3 ⁺ ) och S var vanligtvis svavel, men kunde också vara selen eller tellur . Eftersom alunkristallerna till stor del var isomorfa när de tunga atomerna byttes ut, kunde de fasas in genom isomorf ersättning. Fourieranalys användes för att hitta de tunga atomernas positioner.

Den första demonstrationen av isomorf ersättning i proteinkristallografi var 1954 med ett papper från David W. Green , Vernon Ingram och Max Perutz .

Exempel

Några exempel på tunga atomer som används i protein MIR:

• Hg ²⁺ joner binder till tiolgrupper .
• Uranylsalter ( UO ₂ + NO ₃ ) binder mellan karboxylgrupper i Asp och Glu
• Bly binder till Cys-rester.
• PtCl ₄ ²⁻ ( jon ) binder till His

Se även

Onormal spridning

• Multi-wavelength anomalous dispersion (MAD)
• Anomal dispersion med enkel våglängd (SAD)

Övrig

• Patterson karta

Vidare läsning

• Hendrickson WA (1985). "Analys av proteinstruktur från diffraktionsmätning vid flera våglängder". Trans. ACA . 21 .
• Karle J (1980). "Några utvecklingar inom anomal dispersion för strukturell undersökning av makromolekylära system i biologi". International Journal of Quantum Chemistry: Quantum Biology Symposium . 7 : 357-367.
•   Karle J (1989). "Linjära algebraiska analyser av strukturer med en dominerande typ av anomal spridare" . Acta Crystallogr. A . 45 (4): 303–307. doi : 10.1107/s0108767388013042 . PMID 2559755 .
•   Pahler A, Smith JL, Hendrickson WA (1990). "En sannolikhetsrepresentation för fasinformation från anomal dispersion med flera våglängder" . 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 (Pt 1): 11–16. doi : 10.1107/s0907444993008224 . PMID 15299471 .
•   Terwilliger TC (1994). "MAD-fasning: Behandling av dispersiva skillnader som information om isomorf ersättning" . 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). "The Multiwavelength Anomalous Solvent Contrast (MASC) Method in Macrocolecular Crystallography". J. Synchrotron Radiat . 2 (Pt 1): 36–48. doi : 10.1107/S0909049594006680 . PMID 16714785 .
•    de la Fortelle E, Bricogne G (1997). Maximal-Likelihood Heavy-Atom-parameterförfining för multipla isomorfa ersättningsmetoder och anomala diffraktionsmetoder med flera våglängder . Metoder inom enzymologi. Vol. 276. s. 472–494 . doi : 10.1016/S0076-6879(97)76073-7 . ISBN 978-0-12-182177-7 . PMID 27799110 .
•    Hendrickson WA, Ogata CM (1997). Fasbestämning från anomala diffraktionsmätningar med flera våglängder . Metoder inom enzymologi. Vol. 276. s. 494–523 . doi : 10.1016/S0076-6879(97)76074-9 . ISBN 978-0-12-182177-7 . PMID 27799111 .
•   Bella J, Rossmann MG (1998). "En allmän fasalgoritm för flera MAD- och MIR-data". 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). "Fasbestämning genom röntgendiffraktion med flera våglängder: kristallstruktur av ett grundläggande blått kopparprotein från gurkor". Vetenskap . 241 (4867): 806–811. Bibcode : 1988Sci...241..806G . doi : 10.1126/science.3406739 . PMID 3406739 .

externa länkar

• MAD fasning — en djupgående handledning med exempel, illustrationer och referenser.

Datorprogram

• SSRL Absorption Package – Brennan S, Cowan PL (1992). "En serie program för att beräkna röntgenabsorption, reflektion och diffraktionsprestanda för en mängd olika material vid godtyckliga våglängder" . Rev. Sci. Instrument . 63 (1): 850. Bibcode : 1992RScI...63..850B . doi : 10.1063/1.1142625 .
• CHOOCH — Evans G, Pettifer RF (2001). "CHOOCH: ett program för att härleda anomala spridningsfaktorer från röntgenfluorescensspektra" . J. Appl. Crystallogr . 34 :82–86. doi : 10.1107/S0021889800014655 .
• Shake-and-Bake ( SnB ) -   Smith GD, Nagar B, Rini JM, Hauptman HA, Blessing RH (1998). "Användningen av Snb för att bestämma en onormal spridningsunderstruktur". Acta Crystallogr D . 54 (Pt 5): 799–804. doi : 10.1107/S0907444997018805 . PMID 9757093 .
• SHELX —   Sheldrick GM (1998). "SHELX: tillämpningar på makromolekyler". I S Fortier (red.). Direkta metoder för att lösa makromolekylära strukturer . Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. s. 401–411. ISBN 0-7923-4949-0 .

Handledningar och exempel

• Evans, Gwyndaf (oktober 1994). "Metoden för anomal diffraktion med flera våglängder med användning av synkrotronstrålning vid optimala röntgenenergier: Applicering på proteinkristallografi" . Doktorsavhandling . University of Warwick.