Молекулярная замена

Молекулярная замена (MR) ^[1] — метод решения фазовой проблемы в рентгеновской кристаллографии . MR опирается на существование ранее решенной структуры белка, похожей на нашу неизвестную структуру, на основе которой получены данные дифракции. Это может происходить из гомологичного с более низким разрешением белка или из структуры ЯМР белка того же белка. ^[2]

Первая цель кристаллографа — получить карту электронной плотности, причем плотность связана с дифрагированной волной следующим образом:

\rho (x,y,z)={\frac {1}{V}}\sum _{h}\sum _{k}\sum _{\ell }|F_{hk\ell }|\exp(2\pi i(hx+ky+\ell z)+i\Phi (hk\ell )).

В обычных детекторах интенсивность $I=F\cdot F^{*}$ измеряется, и вся информация о фазе ( $\Phi$ ) потеряно. Тогда при отсутствии фаз (Φ) мы не можем завершить показанное преобразование Фурье, связывающее экспериментальные данные рентгеновской кристаллографии (в обратном пространстве ) с электронной плотностью в реальном пространстве, в которую встроена атомная модель. MR пытается найти модель, которая лучше всего соответствует экспериментальной интенсивности среди известных структур.

Принципы молекулярной замены основе Паттерсона на

Мы можем вывести карту Паттерсона для интенсивностей, которая представляет собой межатомную векторную карту, созданную путем возведения в квадрат амплитуд структурных факторов и установки всех фаз на ноль. Эта векторная карта содержит пик для каждого атома, связанного с каждым другим атомом, с большим пиком в точках 0,0,0, где «накапливаются» векторы, связывающие атомы сами с собой. Такая карта слишком зашумлена, чтобы получить какую-либо структурную информацию с высоким разрешением, однако если мы создадим карты Паттерсона для данных, полученных из нашей неизвестной структуры и структуры ранее решенного гомолога, в правильной ориентации и положении внутри элементарной ячейки. , две карты Паттерсона должны быть тесно связаны. Этот принцип лежит в основе MR и может позволить нам получить информацию об ориентации и расположении неизвестной молекулы в ее элементарной ячейке.

Из-за исторических ограничений вычислительной мощности поиск MR обычно делится на два этапа: вращение и перемещение .

Функция вращения [ править ]

В функции вращения наша неизвестная карта Паттерсона сравнивается с картами Паттерсона, полученными из нашей известной структуры гомолога в разных ориентациях. Исторически r-факторы и/или коэффициенты корреляции для оценки функции вращения использовались , однако в современных программах используются алгоритмы, основанные на максимальном правдоподобии . Наивысшая корреляция (и, следовательно, баллы) получается, когда две структуры (известная и неизвестная) находятся в одинаковой ориентации — затем их можно вывести в углах Эйлера или сферических полярных углах.

Функция перевода [ править ]

В функции перевода теперь правильно ориентированная известная модель может быть правильно позиционирована путем перевода ее в правильные координаты внутри асимметричного блока. Это достигается путем перемещения модели, расчета новой карты Паттерсона и сравнения ее с картой Паттерсона, полученной из неизвестного источника. Этот поиск методом грубой силы требует больших вычислительных затрат, и в настоящее время все чаще используются функции быстрого перевода. Позиции с высокой корреляцией выводятся в декартовых координатах .

Использование de novo структур для замещения предсказанных молекулярного

С улучшением de novo прогнозирования структуры белков многие протоколы, включая MR-Rosetta, QUARK, AWSEM-Suite и I-TASSER-MR, могут генерировать множество нативных структур-ловушек, которые полезны для решения фазовой проблемы путем молекулярной замены. ^[3]

Следующий шаг [ править ]

После этого у нас должны быть правильно ориентированные и преобразованные модели фазировки, из которых мы можем вывести фазы, которые (надеюсь) будут достаточно точными, чтобы построить карты электронной плотности. Их можно использовать для построения и уточнения атомной модели нашей неизвестной структуры.

Ссылки [ править ]

^ Глава 10 в книге «Принципы рентгеновской кристаллографии белков», Ян Дрент (2-е изд.) Спрингер, 1999 г.
^ Рамелот, штат Техас; Раман, С; Кузин А.П.; Сяо, Р; Ма, ЛК; Актон, туберкулез; Хант, Дж. Ф.; Монтелионе, GT; Бейкер, Д; Кеннеди, Массачусетс (апрель 2009 г.). «Улучшение качества структуры белка ЯМР за счет уточнения Rosetta: исследование молекулярной замены» . Белки . 75 (1): 147–67. дои : 10.1002/прот.22229 . ПМК 3612016 . ПМИД 18816799 .
^ Джин, Шикай; Миллер, Митчелл Д.; Чен, Минчен; Шафер, Николас П.; Линь, Синчэн; Чен, Сюнь; Филлипс, Джордж Н.; Волинс, Питер Г. (1 ноября 2020 г.). «Фазирование молекулярной замены с использованием предсказанных белковых структур из AWSEM-Suite» . МСКРЖ . 7 (6): 1168–1178. дои : 10.1107/S2052252520013494 . ПМЦ 7642774 . ПМИД 33209327 .

Внешние ссылки [ править ]

Phaser – одна из наиболее часто используемых программ молекулярной замены.
Molrep – Пакет молекулярной замены в CCP4
Статья Phaser на PDBe — полезное общедоступное введение в эту тему.

[1] Глава 10 в книге «Принципы рентгеновской кристаллографии белков», Ян Дрент (2-е изд.) Спрингер, 1999 г.

[2] Рамелот, штат Техас; Раман, С; Кузин А.П.; Сяо, Р; Ма, ЛК; Актон, туберкулез; Хант, Дж. Ф.; Монтелионе, GT; Бейкер, Д; Кеннеди, Массачусетс (апрель 2009 г.). «Улучшение качества структуры белка ЯМР за счет уточнения Rosetta: исследование молекулярной замены» . Белки . 75 (1): 147–67. дои : 10.1002/прот.22229 . ПМК 3612016 . ПМИД 18816799 .

[3] Джин, Шикай; Миллер, Митчелл Д.; Чен, Минчен; Шафер, Николас П.; Линь, Синчэн; Чен, Сюнь; Филлипс, Джордж Н.; Волинс, Питер Г. (1 ноября 2020 г.). «Фазирование молекулярной замены с использованием предсказанных белковых структур из AWSEM-Suite» . МСКРЖ . 7 (6): 1168–1178. дои : 10.1107/S2052252520013494 . ПМЦ 7642774 . ПМИД 33209327 .

[1]

[2]

[3]