Makromolekulių struktūros
&
Rentgeno kristalografija
(2)
Fazių problema

S. Gražulis
2012 m.

Fazių problema

e-





Reikalingi dydžiai:

F, F2 ~ I



Matuojami dydžiai:

F, F2 ~ I

Fazių problemos sprendimo būdai

Daugkartinis izomorfinis pakeitimas
(MIR – Multiple Isomorphous Replacement)

Anomalios dispersijos eksperimentas
(MAD – Multiwavelength Anomalous Dispersion)

Molekulinis pakeitimas
(MR – Molecular Replacement)

Tiesioginiai metodai
(Direct Methods)

Daugkartinis izomorfinis pakeitimas (MIR)

Metodo esmė:

Surinkti duomenis nuo baltymo kristalo (natyvus rinkinys, native dataset)

Įvesti į gardelę vieną ar kelis sunkius atomus fiksuotose pozicijose taip, kad daugiau niekas nepasikeistų (pvz., mirkant sunkiųjų metalų druskose)

Surinkti duomenis nuo dviejų ar daugiau tokių modifikuotų kristalų

Pliusai:

Nereikalinga pradinė struktūrinė informacija (eksperimentinės fazės!)

Matuoti galima bet kokiu vienu bangos ilgiu

Minusai:

Reikia daug modifikuotų kristalų ir matavimų

Duomenys nelabai aukštos skiriamosios gebos
(4 – 2.5 Å), didelis triukšmas dėl neizomorfiš-kumo

Daugkartinis izomorfinis pakeitimas (2)

Izomorfiniai skirtumai

Natyvus

Hg darinys

Skirtumai

Izomorfinių skirtumų Furje transformacija

Izomorfiniai skirtumai tarp natyvaus kristalo ir išvestinės (sunkiųjų metalų darinio)

Hg signalas

Anomalios dispersijos eksperimentas (MAD)

Metodo esmė:

Gauti vieną kristalą su anomaliai sklaidančiu atomu

Surinkti duomenų rinkinius, naudojant du, tris ar keturis skirtingus bangos ilgius.

Bangų ilgiai parenkami individualiai kiekvienam anomaliam sklaidytojui (pagal atomo tipą).

Anomalios dispersijos eksperimentas (2)

Pliusai:

Nereikalinga pradinė struktūrinė informacija (eksperimentinės fazės!)

Užtenka vieno-vienintelio kristalo

Gaunama aukštos skiriamosios gebos informacija – ją riboja tik paties kristalo kokybė

Anomalios dispersijos eksperimentas (3)

Minusai:

Reikia kristalo su anomaliai sklaidančiu atomu (“paprasti” baltymai tokių neturi)

Reikia Rentgeno spindulių šaltinio su keičiamu bangos ilgiu – eksperimentams tinka tik sinchrotronas

Kartais metodas neveikia – tada sunku ieškoti nesėkmės priežasčių...

Molekulinis pakeitimas (MR)

Metodo esmė:

Surinkti vieną natyvų duomenų rinkinį

Surasti molekulę su žinoma struktūra, panašia į tyrinėjamąją
(modelį pakeitimui)

Suskaičiuoti teorines fazes nuo modelio ir panaudoti jas kaip pradinius artinius el. tankiui gauti

Molekulinis pakeitimas (2)

Pliusai:

Tereikia vieno natyvaus duomenų rinkinio, užtenka vieno kristalo

Matuoti galime bet kokiu vienu bangos ilgiu

Molekulinis pakeitimas (3)

Minusai:

Reikalinga panaši molekulė su žinoma struktūra – naujiems, originaliems projektams šis metodas netinka

Modelis įneša savo savybes, kurios gali duoti artefaktus – reikia labai atidžiai patikslinti gautą struktūrą, kad neliktų pradinio modelio įtakos (model bias)

Tiesioginiai metodai
(Direct methods)

Metodo esmė:

Pamatuoti vieną natyvų duomenų rinkinį

Naudojant papildomą informaciją apie kristalo turinį (atomiškumas, realumas, tirpiklio kiekis, simetrija ir pan.), surasti apribojimus, kuriuos tenkina atspindžių fazės

išsprendus apribojimų lygtis, surasti pradinius fazių artinius, kurie leis pradėti konstruoti ir patikslinti modelį

Tiesioginiai metodai (2)

Pliusai:

Tereikia vieno duomenų rinkinio nuo vieno kristalo

Nenaudojamos jokios prielaidos apie konkrečią baltymo sruktūrą, naudojami tik patys bendriausi fizikiniai faktai – nėra modelio įtakos

Tiesioginiai metodai (3)

Minusai:

Reikia labai aukštos skiriamosios gebos (1.0 Å ar geresnės) – baltymų kristalai retai duoda tokią gerą difrakciją

Praktiškai, matuoti reikia, naudojant sinchrotroną.

saulius

2004-04-29T18:02:09

Saulius Grazulis