Разрешение карт электронной плотност

Разрешение карт электронной плотности. Поскольку данные по дифракции рентгеновских лучей представляют соответствующие наборы параллельных плоскостей отражения внутри кристалла, отстоящих друг от друга на расстояние d , теоретическое разрешение карты Фурье улучшается при уменьшении . После того как рентгеноструктурные данные представлены в виде полного набора рефлексов рентгеновских лучей вплоть до некоторого минимального расстояния между плоскостями min, предельное разрешение трехмерной карты Фурье определяется соотношением [c.20]

Разрешение на карте электронной плотности зависит от качества кристалла и совокупности накопленных данных. В свою очередь уровень информации о деталях структуры кристалла определяется разрешением карты электронной плотности. При разрешении 10 А обычно бывает трудно заключить, где же одна молекула в кристалле кончается, а другая начинается. Это понятно, так как обычно небольшие белки имеют диаметр всего 30 А, а тесный контакт- между макромолекулами в макромолекулярном кристалле не является чем-то необычным. Пространственное распределение электронной плотности отдельной молекулы белка или нуклеиновой кислоты можно определить при разрешении 6 А. Это разрешение позволяет получить общее представление о форме макромолекулы и таких характерных особенностях, как наличие в ней углублений и карманов. Данные рентгеноструктурного анализа с таким разрешением сравнимы с лучшими результатами, полученными с помощью фурье-преобразования изображения кристаллического образца в электронном микроскопе. [c.186]

Fp(h, к,1)и после использования этих фаз и всех прочих данных — для расчета (с определенным разрешением) карты электронной плотности. Выбранное разрешение будет зависеть от качества реального кристалла и степени изоморфности производных. [c.396]

При эффективном разрешении 3 А карта электронной плотности позволяет с достаточной точностью найти положения С -ато-мов. Обычно координаты С, передаются в банк данных о белках [3901, откуда их можно получить, послав соответствуюш ий запрос. Эти координаты используются также для записи свертывания цепи с помощью точных стереоизображений (разд. 7.2). Документа-дня некоторых способов свертывания цепей выполняется только с помощью структурных эскизов. [c.160]

Реакционный центр фотосинтезирующих бактерий является единственным комплексом интегральных мембранных белков, полученным в виде высокоупорядоченных кристаллов. Рентгеноструктурный анализ этих кристаллов позволил рассчитать карту электронной плотности с разрешением в 0,3 нм и получить модель пространственного строения простетических групп. Карта алектронной [c.635]

Разрешение на карте электронной плотности определяется числом членов, используемых в фурье-пред-ставлении. Чем это число выше, тем большее число деталей структуры молекулы будет выявлено. При переходе к более тонкому разрешению очень сильно возрастает число членов разложения и, следовательно, число рефлексов, которые необходимо измерить . [c.238]

Таким образом, при синтезах Фурье кристаллического белка, для которого рентгеноструктурные данные получены с разрешением 250 пм, детали структуры теоретически могут быть разрешены и идентифицированы в трехмерной карте электронной плотности для атомов, удаленных друг от друга не более чем на 180 пм. Это несколько меньше, чем для большинства длин связей металл - лиганд, встречающихся в биологических системах, но все же больше длин связей С—С, С—N и С—О в органических соединениях [58]. [c.20]

Атомные модели карбоксипептидазы А получены совмещением последовательности 307 остатков с картой электронной плотности при номинальном разрешении 2 А [1—3]. Фазы отраженных рентгеновских лучей были определены методом изоморфного замещения с помощью четырех производных тяжелых атомов при разрешении 2,8 А и двух производных с разрешением, промежуточным между 2,0 и 2,8 А. В двух ртутных производных ртуть замещала цинк в активном центре (табл. 15.1). При совмещении полипептидной цепи с картой электронной плотности не возникло чрезмерных трудностей, хотя для некоторых остатков, например 133—137, электронная плотность была существенно меньше, чем в среднем по цепи. Оказалось, что остатки 138 и 161 соединены дисульфид-ным мостиком [1]. Как и ожидалось, наибольшая электронная плотность соответствовала иону цинка. При анализе карты электронной плотности было обнаружено, что цинк имеет три лиганда, соответствующие остаткам 69, 72 и 196. Остатки 69 и 72 были правильно идентифицированы как His и Glx [1]. Отождествление остатка 196 с Lys или Glx оказалось ошибочным [22]. [c.508]

Карты электронной плотности для нативной КПА и апофермента при разрешении 6 А практически совпадают, за исключением большого отрицательного пика в положении атома цинка [46]. На первый взгляд можно было предположить, что в апо-КПА остаток Н1з-196, несмотря на жесткость р-структуры, изменит свое положение таким образом, что между ним и остатками Азп-144 и 01у-270 образуются водородные связи. Однако на разностных картах при низком разрешении отсутствуют участки с положительной и отрицательной плотностью, которые согласовались бы с этим предположением. Если допустить, что в кристалле, так же как в растворе, потеря активности коррелирует с удалением цинка, то из анализа карт апо-КПА можно заключить, что металл участвует непосредственно в катализе, а не в возможной структурной перестройке апофермента. Этот вывод строго подтверждается взаимным расположением субстрата и металла в кристаллических фер-мент-субстратных комплексах. Можно отметить, что результаты химических исследований в растворе не позволили выяснить роль цинка. [c.525]

Карта электронной плотности с разрешением 2 А показывает, что центр тяжести сульфамида находится от иона цинка на расстоянии 3,2 А. Это в пределах длины связи и согласуется с представлением о координации сульфамидного атома азота у иона цинка (разд. 4). [c.610]

На рис. 16.20, Л и Б приведены две карты электронной плотности с разрешением 2 А. Одна из них соответствует плоскости, в которой находится ион цинка, а вторая — плоскости, расположенной сразу над ним. Наибольшей плотности на картах отвечает ион металла. Вокруг него заметны три координированные группы белка, электронные плотности которых хорошо совмещаются со структурой остатков гистидина (рис. 16.20,В). Так как аминокислотная последовательность пока не известна, идентификация должна считаться лишь предварительной. Интересно, что два из этих трех лигандов (на рис. 16.20, В они расположены левее) относятся к одному и тому же участку пептидной цепи и их разделяет только один остаток. [c.610]

В случае крупных органических молекул, таких, как белки, карты электронной плотности имеют более низкое разрешение (обычно 0,15 нм). Как видно из рис. 20.6, они не позволяют прямо разрешить отдельные атомы. В этих случаях для определения структуры необходимо привлекать дополнительную информацию, а именно схему расположения в молекуле ковалентных связей. Такая схема может быть сконструирована на основе установленной ранее последовательности аминокислот в полипептидной цепи и данных об их стереохимии. [c.533]

Обработка и анализ экспериментальных данных завершается расчетом карты распределения электронной плотности внутри элементарной ячейки кристалла, которая хранится в памяти ЭВМ. Такая карта позволяет проследить ход полипептидной цепи молекулы, но еще не выявляет структуру на уровне атомного разрешения. Для перехода к атомному разрешению необходимо построить модель, вписывающую полипептидную цепь в карту электронной плотности с учетом известных стереохими-ческих данных для полипептидного остова молекулы и боковых цепей образующих ее аминокислот. Для этого с помощью ЭВМ рассчитывают ряд сечений карты электронной плотности, которые в подходящем масштабе переносят на прозрачную пленку. Будучи сложенными в стопку, они воспроизводят распределение электронной плотности в элементарной ячейке кристалла. Однако без специальных приспособлений визуальный анализ структуры затруднен. Поэтому сечения или их выбранные районы укрепляются в вертикальной раме и освещаются сзади и сбоку. Перед рамой размещают полупрозрачное зеркало. Атомную модель молекулы собирают перед зеркалом так, чтобы ее зеркальное изображение совмещалось с картой распределения электронной плотности [11] (рис. 20.10). [c.544]

Знание первичной структуры необходимо для многих биохимических и биофизических исследований. Ярким примером этого является определение трехмерной структуры белка при помощи рентгеноструктурного анализа. Этот метол редко обладает достаточно высоким разрешением, чтобы можно было увидеть отдельные атомы. Часто рентгеноструктурные данные оказываются недостаточно ясными даже для того, чтобы можно было однозначно проследить ход полипептидной цепи по всей структуре белка. Однако при обычном разрешении, как правило, просматривается большая часть полипептидного скелета, а некоторые большие боковые группы видны довольно отчетливо. В таких случаях одновременное использование данных об аминокислотной последовательности и кристаллографических карт электронной плотности может позволить найти единственно возможную структуру, соответствующую тем и другим данным. Более подробно этот метод рассматривается в гл. 13, но необходимо помнить, что обычно метод рентгеноструктурного анализа не обладает достаточным разрешением, чтобы была видна вся последовательность аминокислот. Следует также учитывать, что данные об этой последовательности сами часто содержат ошибки. Совместное использование обоих методов значительно расширяет их возможности. [c.70]

Для типичного значения вщ х = 30° в кристаллографии малых молекул с излучением МоКа значение ( ш)тЫ равно 0,7107 А. Быстрое падение интенсивности с ростом брэгговского угла для макромолекул означает, что разрешение для таких структур в общем случае ограничено величинами порядка 2 А. Хотя разрешение до атома, следовательно, невозможно, на карте электронной плотности можно выделить известные молекулярные фрагменты (например, аминокислоты) для выяснения структуры белка. [c.412]

РИС. 4-19 В. Карта электронной плотности дезоксигемоглобина человека, построенная по рентгеноструктурным данным разрешение 0,35 нм. Контурные линии указывают области высокой электронной плотности в отдельных участках молекулы гемоглобина. На этой карте показано сечение, сделанное в основном по Р-субъединицам перпендикулярно оси симметрии 2-го порядка на уровне остатка глутаминовой кислоты в 6-м положении, т. е. в Месте, по которому происходит замещение в молекуле гемоглобина при серповидноклеточной анемии. Видны части спиралей А, Е и Р, а также остатки УаМ, С1и-6, Ьу8-82 и Н15-143. Максимум, обозначенный через Х , соответствует неорганическому аииону, вероятно сульфату [c.310]

При разрешении 0,2 нм впервые удалось наблюдать визуально правовращаю-ший а-винт. Рис. 3-37 показывает распределение электронной плотности в щшин-дрической проекции среза одной из цепей миоглобииа. На верхней части рисунка иа карту электронной плотности нанесена а-спираль (а), а ниже дано пояснение расположения атомов в а-спирали, причем точки в и соответствуют двум возможным местам расположения 3-углеродиых атомов (б). [c.413]

Следует раз. тчать номинальное и эффективное разрешения. Номинальное разрешение означает предел разрешения структурны.х факторов в синтезе Фурье, тогда как эффективное разрешение относится к результируюш,ей карте электронной плотности. Эффективное разрешение всегда ниже номинального. Различие может быть заметным, если точность фаз структурны.х факторов низка или если набор структурных факторов неполон. К сожалению, оценки эффективного разрешения не существует. В литературе обычно приводится номинальное разрешение. [c.160]

Рпс. 7.12, Электронная микрофотография высокого разрешения бактериородопсина — светозависимого протонного насоса галофильны.х бактерий. Во многих отношениях эта структура подходит для использования в качестве модели ионного транспорта через другие (нейрональные) мембраны. Каждая молекула состоит из семи спиральных полипептидных цепей, пронизывающих мембрану (б). На карте электронной плотности (а) видно, что три молекулы ассоциированы в единое структурное образование, в котором внутреннее кольцо включает девять и внешнее — двенадцать полипептидных спиралей. В центре расположены липиды. Каждая молекула бактериородопсина является активным протонным насосом. (Воспроизводится с разрешения R. Henderson и M Millan Journals Ltd.) [15]. [c.183]

Такое разрешение давало 400 рефлексов. Используя быстро-действуюш,ую электронно-вычислительную машину, Кендрью и его сотрудники смогли интерпретировать карту электронной плотности. Проведенный ими анализ позволил установить структуру молекулы в обш,их чертах, показал, что обширные участки ее имеют форму а-спирали, и позволил продемонстрировать их ориентацию относительно друг друга. Общий вид молекулы, полученный,при таком разрешении, представлен на рис. 10.8, а. Осколки, содержащие гем, анализировались методом электронного спинового резонанса, что позволило также получить данные относительно ориентации этой группы. Скоулоуди занималась изучением миоглобина тюленя. Она получила различные изоморфные производные и обнаружила, что при разрешении 6 А пространственная структура миоглобина тюленя существенно не отличается от миоглобина кашалота, изучавшегося Кендрью и его коллегами. [c.239]

ЭТОМ фазовые углы для соответствующих структурных факторов могут быть определены по изменениям структурной амплитуды при замещении одного атома другим, отличающимся рассеивающей способностью, при условии, что замещение не приводит к изменению структуры. Как установили Блоу и Крик [55], при систематическом анализе ошибок, точность определения фазовых углов является наиболее существенным фактором при оценке результатов структурного анализа. Точное определение фазы гораздо важнее, чем определение амплитуды, как показано в работе Сринивазана [56], при объединении фаз для одной структуры с амплитудами для другой структуры, значительно отличающейся от первой, результирующий синтез Фурье довольно точно представляет первую структуру. Следовательно, в отличие от малых молекул сразу получают наилучшую из возможных карту с определенным набором фаз. Точность изображения структуры, рассчитанной таким образом, ограничивается только разрешением дифракционной картины. Это ограничение является основным источником неопределенности положения атомов при интерпретации карт электронной плотности. [c.20]

Вовсе не очевидно, что в будущем при исследовании дифракции кристаллических белков удастся достигнуть значительного улучшения разрешения структуры. Кристаллы белков отличаются от кристаллов малых молекул высоким содержанием растворителя (>40%) в элементарной ячейке [63, 64]. Следовательно, белковые молекулы в кристаллическом состоянии не подвержены силам меж-молекулярного взаимодействия, сравнимым с силами решетки, удерживающими малые молекулы в гораздо более жестком состоянии. В связи с этим результаты рентгеноструктурного анализа белков часто основываются на участках карты электронной плотности с плохим качеством изображения. Классическим примером этого явления служит подвижность концевых областей а и Р субъединиц метгемоглобина лошади [16]. Высокие концентрации соли, используемые при кристаллизации, препятствуют образованию стабилизирующих полярных контактов между этими областями. Кроме того, нельзя не принимать в расчет роль гибкости полипептидной цепи белка, которая может оказаться существенной для ферментативной функции. Подобные факторы, относящиеся к описанию упорядоченной структуры растворителя и взамодействию молекул растворителя с белковыми остатками, препятствуют получению данных, необходимых для точного описания структуры молекулы. Очевидно, что к областям полипептидной цепи белковых молекул, которые на карте Фурье плохо различимы, методы уточнения не применимы. [c.22]

К тому же исследование карт электронной плотности дезок-сигемоглобина лошади при разрешении 280 пм показало [103], что в пентакоординационном комплексе катион Ре(И) отстоит на 75 пм от плоскости порфирина. Таким образом, эти результаты подтверждают справедливость предсказаний Хорда относительно изменений положения атома железа по отношению к плоскости порфирина. Однако для установления строгих количественных структурных соотношений в этих железопорфириновых производных необходимы дальнейшие исследования, уточняющие структуру, как это было сделано для цианида метгемоглобина [15]. Расположение железа относительно плоскости порфирина в гемопротеинах, близкое к таковому в модельных железопорфириновых комплексах, является веским подтверждением того, что геометрия порфирино- [c.46]

Первоначально считалось, что роль Са(П) в ферментативном механизме нуклеазы стафилококка заключается в стабилизации конформации белка, необходимой для ферментативной активности и связывания субстрата в ходе гидролиза фосфата [299]. Проведенный в дальнейшем анализ карты электронной плотности тройного комплекса при высоком разрешении [297] показал, что ион Са(П) может взаимодействовать с -фосфатной группой кольца рибозы в ходе гидролиза эфиров либо через молекулу координированной воды, либо через связанный ион гидроксила. На рис. 26 представлена область активного центра, в которой координирован ион Са(П). На основе интерпретации карты электронной плотности с разрешением 200 пм предложена гексакоординацня иона Са(П) с близким к плоскостному расположением донорных атомов кислорода карбоксильных групп аспартата-19, аспартата-21, аспар-тата-40 и глутамата-43 [297, 299]. Атом кислорода карбонильной группы треонина-41 находится внутри координационной сферы центрального нона Са(И), вероятно, напротив координационного места, занятого молекулой воды. Более сложная вторая координационная [c.115]

Карты электронной плотности активного центра Hg-KПA были рассчитаны с высоким разрешением. Центр иона металла смещен на 1,0 А главным образом вдоль осей л и г/ по сравнению с положением иона цинка. На рис. 15.7 атом ртути был бы выше и ближе к остатку Н15-69. Связь этого металла с белком тоже осуществляется через атомы N1 двух остатков гистидина, 69 и 196, которые расположены так же, как в комплексе с 2п. Возможность поворота имидазольного кольца в Н1з-196, в результате чего в связи с металлом мог бы вместо атома N1 участвовать атом N3, следует исключить. Причиной этого является обнаружение на картах молекулы воды, которая, как и в случае цинка, соединена с атомом N3 этой аминокислоты водородной связью. Электронная плотность, соответствующая карбоксильной группе остатка С1и-72, несколько понижена. Тем не менее и эта группа, по-видимому, взаимодействует с атомом ртути. В остальном карты электронной плотности для комплексов белка с 2п и Нд совпадают. Возможность использовать Н -КПА при расчете фаз подтверждает изоморфизм двух структур. В растворе ртутное производное карбоксипептидазы проявляет высокую эстеразную активность, но не катализирует гидролиз пептидов [41]. Однако в кристаллическом виде Hg-iKПA в отличие от 2п-КПА обладает и высокой пептидазной активностью, которая составляет примерно 1/1000 активности 2п-фермента в растворе [73]. [c.525]

Роль металла в катализе, по всей вероятности, заключается в том, что он в качестве кислоты Льюиса оттягивает электроны от углеродного атома карбонильной группы. Эта точка зрения нашла отражение в разнообразных предполагаемых механизмах действия КПА [128, 129]. Ее прямым подтверждением служит обнаружение связи 2п—О в кристаллическом состоянии. Кроме того, изменение природы металла сказывается прежде всего на величине кат- Тем не менее активности нескольких металло-КПА не укладываются в ряд Ирвинга—Уильямса, в котором кислоты Льюиса располагаются в порядке изменения их силы (Мп< Ре< Со< К1< Си>>2п) [5]. Для пептидных субстратов эффективность металлов изменяется в ряду o>2n=Ni>Mn> u=0, а для эфирных — в ряду d>Mn> o>2n=Ni>Hg> u=0 (табл. 15.5). Выяснение способа, которым белок изменяет естественный ряд каталитической эффективности металлов, необходимо для понимания функциональных свойств этого металлофермента. Нельзя сказать, что сейчас в этой области достигнуты значительные успехи. Особенно большую роль в ферментативном гидролизе могут иметь пространственные и геометрические факторы. Например, выпадение Си-КПА из ряда Ирвинга—Уильямса может быть результатом того, что из-за ограничений, накладываемых ориентацией белковых лигандов и геометрией иона Си +, атом кислорода карбонильной группы субстрата не может занять положение, при котором возможен перенос части заряда на ион металла. Действительно, на картах электронной плотности комплекса Си-КПА и глицилтирозина с низким разрешением [70] не наблюдается участка с положительной плотностью около остатка 01и-270, что предполагает отсут- [c.544]

Рис. 16,19. Модель карбоангидразы человека (Л) и ее комплекса с ацетоксимер-курсульфаниламидом (Б), выполненная по картам электронной плотности с разрешением 5,5 А [22].

Основной особенностью вторичной структуры белка, как следует из карт электронной плотности с разрешением 2 А, является большая область р-конфигурации, занимающей центральную часть молекулы. По меньшей мере восемь таких фрагментов, направленных антипараллельно друг к другу, образуют изогнутую складчатую структуру. Еще три или четыре участка цепи также расположены параллельно или антипараллельно к этой структуре. В результате в центре глобулы образуется большая гидрофобная область. В этом отношении структура карбоангидразы очень похожа на строение карбоксипептидазы А [136, 137] (гл. 15). Три гистидиновых лиганда, связанных с ионом 2п(П),— тоже из этой р-конфигураци и. [c.611]

Быстрое признание нашел метод Хендриксона в синтезе селенометиониновых производных белков. В работах последних лет кристаллы таких белков часто служат для получения дифракционных картин одновременно от аномального рассеяния, используя при этом резонансные длины волн, и от нормального рассеяния, рассматривая селен как тяжелый атом. Именно такой является работа В. Рамакришнана и соавт., в которой определена с разрешением 2,5 А трехмерная структура глобулярного домена линкерного гистона Н5 [512], [8е-Ме1]-произ-водное домена синтезировано методами генной инженерии. Выращенные из него кристаллы полностью изоморфны кристаллам нативного белка. Для фазирования применены методы МАД и МИЗ. Авторы отметили, что обработка данных, вьшолненная традиционным способом в комбинации с недавно предложенной процедурой уточнения параметров тяжелых атомов, названной методом максимальной вероятности, или максимального подобия [563, 564], привела к более предпочтительным картам электронной плотности, чем способ Хендриксона и соавт., за которым закрепилось название алгебраического метода [558]. [c.162]