Электронная дифракция карты

С помощью таких соотношений обычно удается выразить фазовые углы для наиболее сильных брэгговских отражений, обычно около 10 на атом (не считая атомы водорода), что, таким образом, дает возможность рассчитать карту распределения электронной плотности с хорошим приближением. Аналогичные методы существуют и для нецентросимметричных кристаллов. Разработка высокопроизводительных компьютерных программ одновременно с появлением автоматических дифрактометров и высокоскоростных компьютеров привело к прорыву в 1970-х в области рентгеновской дифракции, которая стала основным методом структурного анализа. В настоящее время нормальной практикой считается, когда первое сообщение о синтезе нового вещества сопровождается данными рентгеноструктурного анализа. [c.410]

Результаты обычно представляют в виде карты, на которой электронная плотность в трехмерном кристалле спроектирована на соответствующую плоскость (обычно — одну из граней кристалла). Эти карты, состоящие из ряда контурных линий, позволяют определить положение молекул в кристалле и атомов в молекуле. На рис. 9.8 показана типичная проекция электронной плотности, рассчитанная при помощи ЭВМ, по данным дифракции рентгеновских лучей. [c.280]

Карты электронной плоскости, вычисленные по этой формуле, дают картину пространственной структуры молекулы. К сожалению, их нельзя получить непосредственно из экспериментальных данных. Фактически дифракция рентгеновских лучей позволяет измерить только интенсивность 1нк/, и для каждого рефлекса известен только модуль структурного фактора [c.243]

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]

Современный уровень знания деталей конформации белков основан почти исключительно на результатах исследования кристаллов белков методом дифракции рентгеновских лучей. Кристаллы белка всегда содержат 20—80% растворителя (разбавленный буферный раствор, часто с высокими концентрациями солей или органического осадителя), [1]. В то время как локализацию некоторых молекул растворителя можно распознать по наличию дискретных максимумов на картах распределения электронной плотности, рассчитанных из данных рентгенограмм, расположение большинства молекул растворителя таким способом определить нельзя. Ббльшая часть молекул растворителя, по-видимому, обладает очень высокой подвижностью и имеет флуктуирующую структуру, возможно сходную со структурой жидкой воды, в ходе уточнения кристаллографической структуры некоторых малых белков, [2—6] было идентифицировано много дополнительных мест, вблизи которых молекула растворителя находится большую часть времени. Однако, вероятно, потому, что используется по существу лишь статистическое описание, во всех случаях установленная структура растворителя остается неполной. [c.202]

При седиментации суспензии пластинчатых кристаллов они укладываются в штабеля, напоминающие колоды карт. Если пучок рентгеновских лучей направить параллельно такому штабелю (т. е. параллельно большим граням кристаллов), то в области малых углов при этом обычно наблюдают дифракцию от ориентированных больших периодов, причем эти периоды соответствуют размерам кристаллов, определенным электронно-микроскопически это видно из рис. 139, а. Таким образом, было показано, что дифракция от больших периодов вызвана наличием плотно упакованных регулярно построенных агрегатов кристаллов, имеющих постоянную толщину. А поскольку в кристаллах цепи сложены регулярно, косвенной причиной дифракции от больших периодов является складывание макромолекул. И действительно, теперь хорошо известно, что дифракция от больших периодов является прекрасным способом измерения периода складывания молекулы, так как такого рода дифракцию можно легко получить и довольно точно рассчитать, ибо при этом обычно наблюдаются отражения нескольких порядков. [c.224]

РСА основан на дифракции рентгеновских лучей на хорошо сформированных белковых кристаллах. На основании дифракционных картин рассчитывают распределение электронной плотности в кристалле, а по картам распределения электронной плотности восстанавливают пространственную структуру молекул белка с атомным разрешением. Метод ЯМР позволяет получать ценную информацию о динамике белковых структур в растворах. Он основан на измерении времен релаксации по ширине линий резонанса. К настоящему времени методами РСА и ЯМР [c.70]

Карта электронной плотности с разрешением, равным 4 А или еще лучшим, дает такие подробные сведения о структуре молекулы, которые нельзя получить ни одним другим методом и даже несколькими методами в совокупности (исключая, конечно, такие близкие методы, как дифракция электронов и нейтронов). При разрешении от 3 до 4 А можно определить состав, длину и ориентацию участков вторичной структуры. Если известна первичная структура, то при сопоставлении ее с картой электронной плотности можно оценить пространственное расположение каждого отдельного атома структуры. При разрешении 2 А карта электронной плотности настолько подробна, что большая часть первичной структуры следует прямо из данных рентгеноструктурного анализа. [c.186]

Нейтронная дифракция в кристаллах осуществляется точно так же, как рентгеновская дифракция. Однако ввиду того, что длины нейтронного рассеяния различаются у разных атомов не столь сильно, метод изоморфного замещения становится неприменимым. На практике обычно работают с кристаллом, у которого молекулярная структура уже приблизительно установлена другими методами. Затем для того же кристалла измеряют интенсивности нейтронной дифракции. По этим результатам проводят синтез Фурье, в ходе которого используют измеренные нейтронные интенсивности и фазы, вычисляемые с учетом всех неводородных атомов, положение которых в модели структуры известно. На полученной таким образом фурье-карте атомы Н и О представлены с гораздо большими весами, чем на карте электронной плотности, ибо весьма велик относительный вклад этих атомов в нейтронное рассеяние. По этой карте можно определить положения Н (отрицательная плотность) или О (положительная плотность ). Теперь структурная модель может быть дополнена атомами водорода или дейтерия, и при желании можно провести дальнейшее ее уточнение. [c.438]

Интерпретация карт электронной плотности молекулы значительно облегчается при знании аминокислотной последовательности. Однако далеко не каждый Б. удается получить в кристаллич. состоянии. Необходимое условие кристаллизации-сохранение нативной конформации, к-рая часто реализуется лишь в условиях, приближенных к физиологическим. В частности. Б., входящие в состав нуклео-протеидных комплексов (рибосома, вирусы хорошо кристаллизуются только в составе таких комплексоа С помощью обычного рентгеновского излучения проводить анализ таких гигантских образований сложно. В этих случаях используют синхротронное рентгеновское излучение, интенсивность к-рого может быть на два порядка выше. Вследствие этого резко сокращается время эксперимента по регистрации дифракц. отражений, а также снижается кол-во исследуемого в-ва. Ряд мембранных Б. кристаллизуется в условиях нативного липидного окружения с образованием т. наз. двухмерных кристаллов, представляющих из себя регулярно упакованные молекулы Б. в бислойной липидной мембране. При изучении двухмерных кристаллов используют электронную микроскопию и электронографию. [c.252]

После приготовления образцов для электронно-микроскопических исследований производят их оттенение, что дает возможность оценивать толнцину пластинчатых кристаллов по ширине тени и углу, под которым производится наблюдение однако в большинстве случаев для этой цели пользуются измерениями методом рассеяния рентгеновского излучения под малыми углами. Если производить медленное осаждение монокристаллов из маточного раствора, то образуется многослойный осадок — именно благодаря пластинчатой форме кристаллов. Полученный осадок затем отфильтровывают и направляют пучок рентгеновских лучей параллельно поверхности высушенной пленки. В результате наблюдается карта распределения интенсивности рентгеновской дифракции по меридиану в случае горизонтального расположения поверхности пленки (рис. П1.14). [c.172]

В 1959 г. Бассет и Келлер [17] провели исследование монокристаллов, высаженных из раствора, а также свободно отлитых и отлитых под давлением пленок полиэтилена, применив метод электронной микроскопии пропускания. Методом дифракции электронов этими исследователями было обраружено рифление вдоль направления кристаллографической оси 6 , которое выглядело как сдвинутая колода карт . [c.85]

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]

Механизм функционирования галоалкандегалогеназы. Авторы ряда работ применили рентгеновскую кристаллографию к изучению механизма каталитического акта галоалкандегалогеназы (табл. 1.10) [503 -505]. Трехмерные структуры фермента, монокристалл которого постоянно находится в маточном растворе, были расшифрованы по картам электронной плотности, рассчитанным по дифракциям образца в отсутствие и в присутствии субстрата 1,2-дихлорэтана [504]. При pH 5 и 4°, условии, далеком от оптимального, (pH 8,2 и 22°), субстрат связывался с активным центром, однако развития каталитической реакции не происходило. Образовавшийся невалентный фермент-субстратный комплекс Михаэлиса оставался стабильным как угодно долго, и поэтому его структура могла быть определена при использовании излучения рентгеновской трубки, экспозиции в 48 ч и сохранении всех других условий анализа нативного фермента. Найденное расположение субстрата в активном центре в схематической форме представлено на рис. 1.39. Один атом хлора ( lj) в комплексе располагается на расстояниях 3,6 и 3,2 A от атомов азота боковых цепей Тгр-125 и Тгр-175 и взаимодействует с водородами двух связей N-H. Другой атом хлора ( I2) стабилизирован дисперсионными взаимодействиями с бензольными кольцами Phe-128 и Phe-172. В найденной конформации субстрата в активном центре атом углерода С] сближен с кислородом 0° боковой цепи Asp-124 (3,8 А), что главным образом и обусловливает продуктивность невалентного комплекса. При нагревании кристаллического образца до комнатной температуры происходит разрыв связи С]-С1], [c.148]

Таким образом, к началу 1990-х годов внутренние проблемы метода мультидлинноволновой аномальной дифракции были в основном решены. Он обрел форму, требуемую для его широкого применения в рентгеноструктурном анализе белков. Метод МАД имел прочный теоретический фундамент, был детально разработан в экспериментальном и препаративном отношении, оснащен всеми программами, необходимыми для обработки дифракционных данных, построения карт электронной плотности и расчета координат атомов пространственной структуры белковой молекулы. К этому времени его уровень в научно-методологическом плане, приборном обеспечении, степени математического формализма, разрешающей способности и надежности результатов оказался не ниже уровня метода мультиплетного изоморфного замещения тяжелыми атомами. Тем самым более очевидными выступили преимущества МАД, хотя по ряду причин, но главным образом в силу инерции, используемый десятилетиями метод МИЗ не скоро уступит свое место. [c.161]

Совершенствование метода позволяет избавиться даже от единственного его слабого пункта — слепоты на атомы водорода. Если изучить картину дифракции более детально, то можно получить не только каркас молекулы, но и полную карту распределения электронной плотности. Рис. 83 помогает убедиться, что термин карта употреблен очень точно будучи составленной из линий, соединяющих точки о равной электронной плотностью, схема строго соответствует правилам топографии. В контурах же, окружающих на ней шарики — атомы углерода, видны просветы, как в кружевах. Нетрудно догадаться, что именно в этих просве-204 [c.204]

На следующем этапе воспроизводят структуру миоглобина, исходя из полученных значений интенсивности рефлексов это производится с помощью математического метода представления сложных функций в виде гармонических рядов Фурье. Однако величины интенсивности рефлексов от кристаллов миоглобина дают только часть информации, необходимой для таких расчетов. Недостающие данные о фазах рассеянных пучков лучей получают из полной картины дифракции лучей кристаллом миоглобина, содержащего яжелые атомы, например уран или свинец, по одну или две стороны молекулы. После этого переходят к расчету карты электронных плотностей, используя быстродействующие ЭВМ. По счастью, развитие кристаллографических исследований миоглобина совпало по времени с появлением быстродействующих ЭВМ с большим объемом памяти. Окончательный расчет по методу рядов Фурье [c.52]