Makromolekulių struktūros
&
Rentgeno kristalografija
(4)
Modelio konstravimas ir interpretacija

S. Gražulis 2012 m.

Difrakcijos uždavinio sprendinys – ne vienintelis!

Pavyzdys:

m

Atspindėta struktūra turi identišką difrakcijos vaizdą (jei nėra anomalaus sklaidymo...)

Elektronų tankis – o kas toliau?

Rankinis modelio konstravimas

Automatiniai modelio konstravimo įrankiai

Papildoma informacija modelio konstravimui

Molekulių skaičius asimetriniame vienete

Baltymo dydis ir seka

Individualių a.r. struktūros ;-)

Kristalinimo tirpalų sudėtis (jonai, mažos molekulės) ir sudedamųjų dalių struktūros/savybės

Struktūrų patikslinimas

Mažiausių kvadratų metodas

Didžiausio tikėtinumo (maximum likelihood) metodai

Baijeso statistika (Bayesian statistics)

Patikslinimo kriterijai

Kristalografinis R-faktorius:

R-free:

hkl

~10% (test set)

~90% (working set)

Patikslinimo parametrai

Atomų koordinatės

Temperatūriniai (B) faktoriai

Atomų pozicijų užimtumai

Svarbu:
Parametrų/matavimų skaičiaus santykis

Papildomi apribijomai

Jungčių ilgiai

Kampai tarp jungčių

Dvisieniai kampai

B-faktorių apribojimai

Anizotropinių B-faktorių koreliacijos

Nekristalografinės simetrijos apribojimai

Patikslinimo savybės

Rentgeno duomenų svoris

Apribijomų griežtumas

Patikslinamų parametrų skaičius (izotropiniai/anizotropiniai B-faktoriai, alternatyvios konformacijos, tirpiklio/ligandų molekulių skaičius)

Nebaltyminės molekulės baltymo struktūroje

Tirpiklio (vandens) molekulės

Jonai

Ligandai, kofaktoriai

Modifikuotos amino rūgštys ar DNR bazės

PDB faile patalpinta informacija

Pastabos (REMARK)

Seka, antrinė struktūra

Kristalografinė informacija (CRYST įrašas)

Koordinatės – ATOM ir HETAM įrašai

PDB failų interpretavimas

Techniniai momentai:

ortogonalizacija

Modelio turinys:

Nesutvarkyti rajonai

Vanduo ar jonas?

Rotamerai

Alternatyvios konformacijos

Chaoso liudininkai

Nuliniai užimtumai

Milžiniški B-faktoriai

Liekanos be šoninių grandinių

PDB failo turinys

Asimetrinio vieneto turinys

Išimtys – virusų struktūros (vieno kapsomero turinys)

makromolekulių struktūros (macromolecular structure, .mmol) failai – biologiškai aktyvios molekulės rekonstrukcija

PDB failų formatas

ASCII koduotės tekstiniai failai

Fiksuotų kolonėlių formatas

Įrašas – viena eilutė

Kiekvienas įrašas prasideda raktiniu žodžiu

http://www.wwpdb.org/docs.html

http://www.wwpdb.org/documentation/format23/v2.3.html

http://www.wwpdb.org/documentation/format2.3-0108-a4.pdf
http://www.wwpdb.org/documentation/format3.1-20070719.pdf

PDB failo pavyzdys

HEADER HYDROLASE 15-SEP-05 2C1L
TITLE STRUCTURE OF THE BFII RESTRICTION ENDONUCLEASE

..

JRNL AUTH S.GRAZULIS,E.MANAKOVA,M.ROESSLE,M.BOCHTLER,
JRNL AUTH 2 G.TAMULAITIENE,R.HUBER,V.SIKSNYS

...

REMARK 2 RESOLUTION. 1.90 ANGSTROMS.

...

CRYST1 138.925 138.925 94.135 90.00 90.00 90.00 I 4 16
SCALE1 0.007198 0.000000 0.000000 0.00000
SCALE2 0.000000 0.007198 0.000000 0.00000
SCALE3 0.000000 0.000000 0.010623 0.00000
ATOM 1 N AMET A 1 40.881 1.095 49.888 0.33 24.33 N
ATOM 2 N BMET A 1 40.265 1.169 49.581 0.33 24.33 N

...

END

PDB formato ATOM įrašai

Kristalografinė informacija PDB faile – CRYST1 įrašas

REMARK įrašai PDB failuose

Iki 1992 – laisvas tekstas (tik žmogui)

Nuo 1992 – griežtesnė struktūra (žmogui ir mašinai).

REMARK 2 RESOLUTION. 2.5 ANGSTROMS. 155CE 1
REMARK 3 155C 15
REMARK 3 REFINEMENT. THESE ATOMIC COORDINATES MUST BE CONSIDERED AS 155CE 2
REMARK 3 PRELIMINARY. THEY WERE OBTAINED BY RUNNING SEVERAL CYCLES 155C 17
REMARK 3 OF THE DIAMOND MODEL BUILDING ROUTINE ON GUIDE POINTS FOR 155C 18
REMARK 3 ATOMS MEASURED FROM THE WIRE KENDREW MODEL. ...

...

REMARK 2 RESOLUTION. 2.17 ANGSTROMS.

...

REMARK 3 RESOLUTION RANGE HIGH (ANGSTROMS) : 2.17
REMARK 3 RESOLUTION RANGE LOW (ANGSTROMS) : 24.61
REMARK 3 DATA CUTOFF (SIGMA(F)) : 2.000
REMARK 3 DATA CUTOFF HIGH (ABS(F)) : 2011306.160
REMARK 3 DATA CUTOFF LOW (ABS(F)) : 0.0000
REMARK 3 COMPLETENESS (WORKING+TEST) (%) : 93.6
REMARK 3 NUMBER OF REFLECTIONS : 42686

Užimtumas
(angl. occupancy)

Idealiame kristale visų gardelių turinys yra vienodas

Realiame kristale kai kurie atomai gali būti ne visose gardelėse:

b

a

Alternatyvios padėtys
(angl. alternative locations)

Kai kurie atomai skirtingose gardelėse gali būti išsidėstę skirtingai:

b

a

PDB ID 1KNV, His B169
Grazulis et al.

„Temperatūriniai faktoriai“
(angl. “temperature factors”, B-factors; IUCr: Debye-Waller factor)

Sang et al. Acta Cryst. (2010). E66, m252
http://journals.iucr.org/e/issues/2010/03/00/bq2191/index.html

B – temperatūrinis faktorius
ATOM įraše
u – atomo pozicijos nuokrypis
nuo vidutinės pozicijos.

〈〉 – vidurkis laike

B-faktorių paaiškinimas:
http://spdbv.vital-it.ch/TheMolecularLevel/ModQual/#Temperature%20factor%20(crystallogr
http://pldserver1.biochem.queensu.ca/~rlc/work/teaching/definitions.shtml

C. Giacovazzo et al. Fundamentals of Crystallography, IUCr & Oxford Uni. Press, p. 149

Literatūra tolesniam skaitymui

Crystallography Made Crystal Clear by Gale Rhodes (Author)

Protein Crystallography by T. Blundell (Author), Lewis Johnson (Author)

Practical Protein Crystallography, Second Edition by Duncan McRee (Author) (September 1999)

Principles of Protein X-Ray Crystallography (Springer Advanced Texts in Chemistry) by Jan Drenth (February 1999)

X-Ray Analysis and the Structure of Organic Molecules by Jack D. Dunitz (Author)

Fundamentals of Crystallography by Carmelo Giacovazzo (Editor), et al.

Resursai tinkle

Protein Data Bank (PDB) http://www.rcsb.org/pdb/

Macromolecular Structure Database http://www.ebi.ac.uk/msd/

International Union of Crystallography http://www.iucr.org/

saulius

2004-05-15T14:23:15

Saulius Grazulis