Изоморфная замена

Изоморфное замещение (ИЗ) исторически является наиболее распространенным подходом к решению фазовой проблемы в рентгеновских кристаллографических исследованиях белков . Для кристаллов белка этот метод проводится путем пропитки кристалла анализируемого образца раствором тяжелого атома или совместной кристаллизации с тяжелым атомом. Добавление тяжелого атома (или иона) в структуру не должно влиять на образование кристаллов или размеры элементарной ячейки по сравнению с его естественной формой, следовательно, они должны быть изоморфными .

Сначала собираются наборы данных по нативному и производному тяжелого атома образца. Тогда интерпретация разностной карты Паттерсона показывает расположение тяжелого атома в элементарной ячейке. Это позволяет как амплитуду , так и фазу определить вклада тяжелых атомов. Поскольку структурный фактор производной тяжелого атома ( F _ph ) кристалла представляет собой векторную сумму неподеленного тяжелого атома ( F _h ) и собственного кристалла ( F _p ), то фаза собственных векторов F _p и F _ph может решить геометрически.

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

Наиболее распространенной формой является множественная изоморфная замена (MIR), при которой используются как минимум два изоморфных производных. Одиночная изоморфная замена возможна, но дает неоднозначный результат с двумя возможными фазами; модификация плотности Для устранения неоднозначности требуется . Существуют также формы, которые также учитывают аномальное рассеяние рентгеновских лучей пропитанными тяжелыми атомами, называемые MIRAS и SIRAS соответственно. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Разработка

Одиночная изоморфная замена (SIR)

Ранние демонстрации изоморфного замещения в кристаллографии исходят от Джеймса М. Корка , ^{[ 3 ]} Джон Монтит Робертсон , ^{[ 4 ]} и другие. Первая демонстрация изоморфного замещения в кристаллографии произошла в 1927 году, когда была опубликована статья, в которой сообщалось о рентгеновских кристаллических структурах ряда соединений алюминия из Корка. ^{[ 3 ]} Исследованные соединения алюминия имели общую формулу A ^.Б ^.(SO ₄ ) ₂^.12H ₂ O, где А – ион одновалентного металла ( NH4 ⁺, К ⁺, руб. ⁺, Кс ⁺, или Тл ⁺), B представлял собой трехвалентный ион металла ( Al ³⁺, Кр ³⁺, или Fe ³⁺), а S обычно представляла собой серу, но также могла быть селеном или теллуром . Поскольку кристаллы квасцов были в значительной степени изоморфными при замене тяжелых атомов, их можно было поэтапно заменить путем изоморфного замещения. Анализ Фурье был использован для определения положений тяжелых атомов.

Первая демонстрация изоморфного замещения в кристаллографии белков была в 1954 году в статье Дэвида Грина , Вернона Ингрэма и Макса Перуца . ^{[ 5 ]}

Множественная изоморфная замена (МИР)

Примеры

Некоторые примеры тяжелых атомов, используемых в белке MIR:

ртуть ²⁺ ионы связываются с тиоловыми группами.
уранила Соли ( UO ₂ + NO ₃ ) связываются между карбоксильными группами в Asp и Glu.
Свинец связывается с остатками Cys.
PtCl ₄²⁻ ( ион ) привязать к Его

См. также

Аномальная дифракция

Другой

Карта Паттерсона

Ссылки

^ «Словарь общих терминов, используемых в ФЕНИКСЕ» . phenix-online.org .
^ «Изоморфная замена (СИР, МИР)» . my.yetnet.ch .
^ Перейти обратно: ^а ^б Корк, Дж. М. (октябрь 1927 г.). «LX. Кристаллическая структура некоторых квасцов». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 4 (23): 688–698. дои : 10.1080/14786441008564371 . ISSN 1941-5982 .
^ Робертсон, Дж. Монтит (1 января 1937 г.). «Рентгеноструктурный анализ и применение методов рядов Фурье к молекулярным структурам» . Отчеты о прогрессе в физике . 4 (1): 332–367. Бибкод : 1937РПФ....4..332Р . дои : 10.1088/0034-4885/4/1/324 . ISSN 0034-4885 . S2CID 250871380 .
^ Грин, Д.В.; Ингрэм, Вернон Мартин; Перуц, Макс Фердинанд; Брэгг, Уильям Лоуренс (14 сентября 1954 г.). «Структура гемоглобина – IV. Определение знака методом изоморфного замещения». Труды Лондонского королевского общества. Серия А. Математические и физические науки . 225 (1162): 287–307. Бибкод : 1954RSPSA.225..287G . дои : 10.1098/rspa.1954.0203 . S2CID 96889917 .

Дальнейшее чтение

де ла Фортель Э., Бриконь Дж. (1997). «Уточнение параметров тяжелых атомов максимального правдоподобия для методов множественного изоморфного замещения и многоволновой аномальной дифракции» . Макромолекулярная кристаллография . Часть А. Методы энзимологии. Том. 276. С. 472–494 . дои : 10.1016/S0076-6879(97)76073-7 . ISBN 978-0-12-182177-7 . ПМИД 27799110 .
Белла Дж., Россманн М.Г. (1998). «Общий алгоритм фазирования для нескольких данных MAD и MIR». Акта Кристаллогр. Д. 54 (2): 159–174. Бибкод : 1998AcCrD..54..159B . дои : 10.1107/s0907444997010469 . ПМИД 9761882 .

Внешние ссылки

определение фазы — учебное пособие с иллюстрациями и ссылками.

Компьютерные программы

SOLVE (теперь объединена с PHENIX) – Тервиллигер, Т.С. и Дж. Берендзен. (1999) «Автоматизированное решение структуры MAD и MIR». Acta Crystallographica D55, 849-861.

Учебники и примеры

[1] «Словарь общих терминов, используемых в ФЕНИКСЕ» . phenix-online.org .

[2] «Изоморфная замена (СИР, МИР)» . my.yetnet.ch .

[:0-3] Перейти обратно: ^а ^б Корк, Дж. М. (октябрь 1927 г.). «LX. Кристаллическая структура некоторых квасцов». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 4 (23): 688–698. дои : 10.1080/14786441008564371 . ISSN 1941-5982 .

[4] Робертсон, Дж. Монтит (1 января 1937 г.). «Рентгеноструктурный анализ и применение методов рядов Фурье к молекулярным структурам» . Отчеты о прогрессе в физике . 4 (1): 332–367. Бибкод : 1937РПФ....4..332Р . дои : 10.1088/0034-4885/4/1/324 . ISSN 0034-4885 . S2CID 250871380 .

[5] Грин, Д.В.; Ингрэм, Вернон Мартин; Перуц, Макс Фердинанд; Брэгг, Уильям Лоуренс (14 сентября 1954 г.). «Структура гемоглобина – IV. Определение знака методом изоморфного замещения». Труды Лондонского королевского общества. Серия А. Математические и физические науки . 225 (1162): 287–307. Бибкод : 1954RSPSA.225..287G . дои : 10.1098/rspa.1954.0203 . S2CID 96889917 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]