다중 이형성 교체

다중 이형성 대체(MIR)는 역사적으로 단백질의 X선 결정학 연구에서 위상 문제를 해결하기 위한 가장 일반적인 접근법이다. 단백질 결정의 경우 이 방법은 분석될 샘플의 결정체를 중원자 용액으로 적셔주거나 중원자와의 공동결정화(crystallization)로 한다. 구조물에 무거운 원자(또는 이온)를 추가하는 것은 본래의 형태와 비교하여 결정 형성이나 단위 세포 치수에 영향을 주어서는 안 되며, 따라서 이형성이어야 한다.

샘플의 고유 및 중원자 파생 모델로부터 데이터 세트를 먼저 수집한다. 그러면 패터슨 차이 맵의 해석을 통해 단위 셀에서 무거운 원자의 위치가 드러난다. 이를 통해 중원자 기여의 진폭과 위상 모두를 결정할 수 있다. 결정의 중원자 유도체(F_ph)의 구조인자가 원심(F_h)과 원심(F_p)의 벡터 합이기 때문에 원심 F와_p F 벡터의_ph 위상은 기하학적으로 해결할 수 있다.

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

1개만 사용할 경우 2개의 가능한 단계가 제공되기 때문에 최소 2개의 이형파생상품을 평가해야 한다.

개발

단일 이형성 교체(SIR)

결정학에서 이형성 치환에 대한 초기 시연은 제임스 M에서 온다. 코르크,^[1] 존 몬테스 로버슨 등.^[2] 결정학에서 이형성 치환에 대한 초기 시연은 1927년 코르크에서 나온 일련의 알룸 화합물의 X선 결정 구조를 보고한 논문과 함께 나왔다.^[1] 연구된 알룸 화합물은 일반적인 공식 AB^.^.(SO₄)₂^.12HO를₂ 가지고 있었는데, 여기서 A는 단발성 금속 이온(NH4⁺⁺, K, Rb⁺, Cs⁺ 또는 Tl⁺), B는 삼발성 금속 이온(Al³⁺, Cr³⁺ 또는 Fe³⁺)이었고 S는 대개 유황이었지만 셀레늄이나 텔루륨일 수도 있었다. 알룸 결정들은 무거운 원자들이 교체될 때 대부분 이형성이었기 때문에 이형성 교체에 의해 단계적으로 이루어질 수 있었다. 푸리에 분석은 무거운 원자 위치를 찾는 데 사용되었다.

단백질 결정학에서 이형성 치환에 대한 최초의 시연은 1954년 데이비드 W. 그린, 버논 잉그램, 맥스 페루츠의 논문으로 이루어졌다.^[3]

다중 이형성 교체(MIR)

예

단백질 MIR에 사용되는 무거운 원자의 몇 가지 예:

Hg²⁺ 이온은 thiol 그룹에 결합한다.
천왕성염(UO₂ + NO₃)은 아스프와 글루에서 카르복실 그룹 사이에 결합된다.
납은 Cys 잔여물에 결합된다.
PtCl₄²⁻ (ion) 바인딩 His

참고 항목

변칙 분산

다파장 이상분산(MAD)
단일 파장 변칙 분산(SAD)

기타

패터슨 지도

참조

^ ^a ^b Cork, J.M. (October 1927). "LX. The crystal structure of some of the alums". The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 4 (23): 688–698. doi:10.1080/14786441008564371. ISSN 1941-5982.
^ Robertson, J Monteath (1937-01-01). "X-ray analysis and application of fourier series methods to molecular structures". Reports on Progress in Physics. 4 (1): 332–367. doi:10.1088/0034-4885/4/1/324. ISSN 0034-4885.
^ Green, D. W.; Ingram, Vernon Martin; Perutz, Max Ferdinand; Bragg, William Lawrence (1954-09-14). "The structure of haemoglobin - IV. Sign determination by the isomorphous replacement method". Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences. 225 (1162): 287–307. doi:10.1098/rspa.1954.0203. S2CID 96889917.

추가 읽기

Hendrickson WA (1985). "Analysis of Protein Structure from Diffraction Measurement at Multiple Wavelengths". Trans. ACA. 21.
Karle J (1980). "Some Developments in Anomalous Dispersion for the Structural Investigation of Macromolecular Systems in Biology". International Journal of Quantum Chemistry: Quantum Biology Symposium. 7: 357–367.
Karle J (1989). "Linear Algebraic Analyses of Structures with One Predominant Type of Anomalous Scatterer". Acta Crystallogr. A. 45 (4): 303–307. doi:10.1107/s0108767388013042. PMID 2559755.
Pahler A, Smith JL, Hendrickson WA (1990). "A Probability Representation for Phase Information from Multiwavelength Anomalous Dispersion". 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: 11–16. doi:10.1107/s0907444993008224. PMID 15299471.
Terwilliger TC (1994). "MAD Phasing: Treatment of Dispersive Differences as Isomorphous Replacement Information". 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 Rad. 2 (Pt 1): 36–48. doi:10.1107/S0909049594006680. PMID 16714785.
de la Fortelle E, Bricogne G (1997). Maximum-Likelihood Heavy-Atom Parameter Refinement for Multiple Isomorphous Replacement and Multiwavelength Anomalous Diffraction Methods. Methods in Enzymology. Vol. 276. pp. 472–494. doi:10.1016/S0076-6879(97)76073-7. ISBN 978-0-12-182177-7. PMID 27799110.
Hendrickson WA, Ogata CM (1997). Phase Determination from Multiwavelength Anomalous Diffraction Measurements. Methods in Enzymology. Vol. 276. pp. 494–523. doi:10.1016/S0076-6879(97)76074-9. ISBN 978-0-12-182177-7. PMID 27799111.
Bella J, Rossmann MG (1998). "A General Phasing Algorithm for Multiple MAD and 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). "Phase determination by multiple-wavelength X-ray diffraction: crystal structure of a basic blue copper protein from cucumbers". Science. 241 (4867): 806–811. Bibcode:1988Sci...241..806G. doi:10.1126/science.3406739. PMID 3406739.

외부 링크

MAD 단계화 - 예제, 그림 및 참조가 포함된 심층 자습서.

컴퓨터 프로그램

SSRL 흡수 패키지 -
CHOOCH -
쉐이크 앤 베이크 (SnB) —
SELX -

자습서 및 예제

Evans, Gwyndaf (October 1994). "The method of Multiple wavelength Anomalous Diffraction using Synchrotron Radiation at optimal X-ray energies: Application to Protein Crystallography". PhD Thesis. University of Warwick.

[:0-1] Cork, J.M. (October 1927). "LX. The crystal structure of some of the alums". The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 4 (23): 688–698. doi:10.1080/14786441008564371. ISSN 1941-5982.

[2] Robertson, J Monteath (1937-01-01). "X-ray analysis and application of fourier series methods to molecular structures". Reports on Progress in Physics. 4 (1): 332–367. doi:10.1088/0034-4885/4/1/324. ISSN 0034-4885.

[3] Green, D. W.; Ingram, Vernon Martin; Perutz, Max Ferdinand; Bragg, William Lawrence (1954-09-14). "The structure of haemoglobin - IV. Sign determination by the isomorphous replacement method". Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences. 225 (1162): 287–307. doi:10.1098/rspa.1954.0203. S2CID 96889917.

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