Reemplazo isomorfo múltiple

El reemplazo isomorfo múltiple (MIR) es históricamente el enfoque más común para resolver el problema de fase en los estudios de cristalografía de rayos X de proteínas . Para cristales de proteína este método se lleva a cabo remojando el cristal de una muestra a analizar con un átomo pesado solución o co-cristalización con el átomo pesado. La adición del átomo (o ión) pesado a la estructura no debería afectar la formación de cristales o las dimensiones de la celda unitaria en comparación con su forma nativa, por lo tanto, deberían ser isomórficas .

En primer lugar, se recopilan los conjuntos de datos del derivado nativo y del átomo pesado de la muestra. Luego, la interpretación del mapa de diferencias de Patterson revela la ubicación del átomo pesado en la celda unitaria. Esto permite determinar tanto la amplitud como la fase de la contribución del átomo pesado. Dado que el factor de estructura del derivado del átomo pesado ( F _ph ) del cristal es la suma vectorial del átomo pesado solitario ( F _h ) y el cristal nativo ( F _p ), entonces la fase de los vectores F _p y F _ph nativos puede ser resuelto geométricamente.

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

Deben evaluarse al menos dos derivadas isomorfas, ya que al usar solo una se obtendrán dos fases posibles.

Desarrollo

Reemplazo isomorfo simple (SIR)

Las primeras demostraciones de reemplazo isomorfo en cristalografía provienen de James M. Cork , ^[1] John Monteath Robertson , ^[2] y otros. Una demostración temprana del reemplazo isomorfo en cristalografía se produjo en 1927 con un artículo que informaba sobre las estructuras cristalinas de rayos X de una serie de compuestos de alumbre de Cork. ^[1] Los alumbre compuestos estudiados tenían la fórmula general A ^. B ^. (SO ₄ ) ₂ ^. 12H ₂ O, donde A era un ion metálico monovalente ( NH4 ⁺ , K ⁺ , Rb⁺ , Cs ⁺ o Tl ⁺ ), B era un ion metálico trivalente ( Al ³⁺ , Cr ³⁺ o Fe ³⁺ ) y S era normalmente azufre, pero también podía ser selenio o telurio . Debido a que los cristales de alumbre eran en gran medida isomorfos cuando se cambiaron los átomos pesados, se podrían eliminar por sustitución isomorfa. Se utilizó el análisis de Fourier para encontrar las posiciones de los átomos pesados.

La primera demostración de reemplazo isomorfo en cristalografía de proteínas fue en 1954 con un artículo de David W. Green , Vernon Ingram y Max Perutz . ^[3]

Reemplazo isomorfo múltiple (MIR)

Ejemplos

Algunos ejemplos de átomos pesados ​​utilizados en la proteína MIR:

• Los iones Hg ²⁺ se unen a grupos tiol .
• Las sales de uranilo ( UO 2 + NO 3 ) se unen entre los grupos carboxilo en Asp y Glu
• El plomo se une a los residuos de Cys.
• PtCl 4 2− ( ion ) se une a His

Ver también

Dispersión anómala

• Dispersión anómala de longitud de onda múltiple (MAD)
• Dispersión anómala de longitud de onda única (SAD)

Otro

• Mapa de Patterson

Referencias

1. Cork, JM (octubre de 1927). "LX. La estructura cristalina de algunos de los exalumnos". The London, Edinburgh y Dublin Philosophical Magazine y Journal of Science . 4 (23): 688–698. doi : 10.1080 / 14786441008564371 . ISSN  1941-5982 .
2. Robertson, J Monteath (1 de enero de 1937). "Análisis de rayos X y aplicación de métodos de la serie de Fourier a estructuras moleculares" . Informes sobre avances en física . 4 (1): 332–367. doi : 10.1088 / 0034-4885 / 4/1/324 . ISSN 0034-4885 . 
3. Verde, DW; Ingram, Vernon Martin; Perutz, Max Ferdinand; Bragg, William Lawrence (14 de septiembre de 1954). "La estructura de la hemoglobina - IV. Determinación de signos por el método de reemplazo isomorfo". Actas de la Royal Society de Londres. Serie A. Ciencias Físicas y Matemáticas . 225 (1162): 287–307. doi : 10.1098 / rspa.1954.0203 . S2CID 96889917 . 

Lectura adicional

• Hendrickson WA (1985). "Análisis de la estructura de la proteína a partir de la medición de difracción en múltiples longitudes de onda". Trans. ACA . 21 .
• Karle J (1980). "Algunos avances en dispersión anómala para la investigación estructural de sistemas macromoleculares en biología". Revista Internacional de Química Cuántica: Simposio de Biología Cuántica . 7 : 357–367.
• Karle J (1989). "Análisis algebraicos lineales de estructuras con un tipo predominante de dispersor anómalo" . Acta Crystallogr. Una . 45 (4): 303–307. doi : 10.1107 / s0108767388013042 . PMID  2559755 .
• Pahler A, Smith JL, Hendrickson WA (1990). "Una representación de probabilidad para la información de fase de la dispersión anómala de longitud de onda múltiple" . Acta Crystallogr. Una . 46 (7): 537–540. doi : 10.1107 / s0108767390002379 . PMID  2206480 .
• Terwilliger TC (1994). "Fase MAD: estimaciones bayesianas de FA" . Acta Crystallogr. D . 50 : 11-16. doi : 10.1107 / s0907444993008224 . PMID  15299471 .
• Terwilliger TC (1994). "Fase MAD: tratamiento de diferencias dispersivas como información de reemplazo isomorfa" . 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). "El método de contraste de solvente anómalo de longitud de onda múltiple (MASC) en cristalografía macrocolecular". J. Synchrotron Rad . 2 (Parte 1): 36–48. doi : 10.1107 / S0909049594006680 . PMID  16714785 .
• de la Fortelle E, Bricogne G (1997). Refinamiento de parámetros de átomos pesados ​​de máxima verosimilitud para métodos de sustitución isomorfa múltiple y difracción anómala de longitudes de onda múltiples . Métodos en enzimología. 276 . págs.  472–494 . doi : 10.1016 / S0076-6879 (97) 76073-7 . ISBN 978-0-12-182177-7. PMID  27799110 .
• Hendrickson WA, Ogata CM (1997). Determinación de fase a partir de mediciones de difracción anómala de longitudes de onda múltiples . Métodos en enzimología. 276 . págs.  494–523 . doi : 10.1016 / S0076-6879 (97) 76074-9 . ISBN 978-0-12-182177-7. PMID  27799111 .
• Bella J, Rossmann MG (1998). "Un algoritmo de fase general para múltiples datos MAD y MIR". 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). "Determinación de fase por difracción de rayos X de longitud de onda múltiple: estructura cristalina de una proteína básica de cobre azul de pepinos". Ciencia . 241 (4867): 806–811. Código Bibliográfico : 1988Sci ... 241..806G . doi : 10.1126 / science.3406739 . PMID  3406739 .

Enlaces externos

• Fases de MAD : un tutorial detallado con ejemplos, ilustraciones y referencias.

Programas informáticos

• El paquete de absorción SSRL - Brennan S, Cowan PL (1992). "Un conjunto de programas para calcular el rendimiento de absorción, reflexión y difracción de rayos X para una variedad de materiales en longitudes de onda arbitrarias" . Rev. Sci. Instrum . 63 (1): 850. Bibcode : 1992RScI ... 63..850B . doi : 10.1063 / 1.1142625 .
• CHOOCH - Evans G, Pettifer RF (2001). "CHOOCH: un programa para derivar factores de dispersión anómalos de espectros de fluorescencia de rayos X" . J. Appl. Cryst . 34 : 82–86. doi : 10.1107 / S0021889800014655 .
• Agitar y hornear ( SnB ) - Smith GD, Nagar B, Rini JM, Hauptman HA, Blessing RH (1998). "El uso de Snb para determinar una subestructura de dispersión anómala". Acta Crystallogr D . 54 (Parte 5): 799–804. doi : 10.1107 / S0907444997018805 . PMID 9757093 . 
• SHELX - Sheldrick GM (1998). "SHELX: aplicaciones a macromoléculas". En S Fortier (ed.). Métodos directos de resolución de estructuras macromoleculares . Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. págs. 401–411. ISBN 0-7923-4949-0.

Tutoriales y ejemplos

• Evans, Gwyndaf (octubre de 1994). "El método de Difracción Anómala de Longitud de Onda Múltiple usando Radiación de Sincrotrón a energías óptimas de rayos X: Aplicación a Cristalografía de Proteínas" . Tesis de Doctorado . Universidad de Warwick.