Fråga:
Kan proteinstrukturen bestämmas av röntgendiffraktion i en enda bild?
Ultimate Gobblement
2012-02-14 01:54:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jag läser om användningen av röntgenkristallografi för att bestämma proteinstrukturen. Enligt min bok samlas data in i 30-360 vinklar (beroende på proteinets symmetri). En illustration ges med koncentriska ringar märkta med avstånd - ju längre ut punkterna är, desto högre är upplösningen.

Är bilden en komposit (där punktvinkeln från mitten motsvarar avläsningsvinkel) eller tas en separat bild i varje vinkel? Finns det några andra skäl till varför fler bilder krävs?

Tack.

Jag kan inte svara på detaljerna, men så vitt jag förstår det tar de flera bilder medan de ändrar vinkeln.
Det är rätt. Jag undrade om bilderna kunde läggas på något sätt, eftersom det inte var så tydligt för mig.
Det framgår inte av vad du skriver om du är bekant med analysen av röntgendiffraktion. Är det klart för dig att diffraktionsmönstret måste analyseras matematiskt för att få den slutliga "3D-bilden" av kristallen?
Jag måste hålla med svaren nedan, det är bäst att samla ljusdiffraktion från kristallen vid flera exponeringar inom området 0 - 180 grader.
Fyra svar:
Nick T
2012-05-16 22:59:33 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Du kan inte lösa en struktur med en enda ram, inte ens med perfekt diffraktion.

Anledningen till att du behöver bilder över en stor vinkellängd är att diffraktionsmönstret också har tre dimensioner, i så -kallas "ömsesidigt utrymme". Som minimum krävs en 180 ° -rotation av kristallen för att svepa hela det ömsesidiga rymdsfären med detektionsplanet, även om symmetri i kristallstrukturen kan minska detta ytterligare (vissa av mina proteiner krävde bara 90 °, jag tror att sexkantiga enhetsceller med 6-faldig symmetri kan leva med 30 °). Eftersom kristaller är riktiga saker (läs: icke-ideal, dubbelt så för proteinkristaller), utökas sopningen för att få lite redundans.

shigeta
2012-02-14 03:24:09 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Inte genom att analysera ett enda protein. Det finns arbete med röntgenlasrar.

Du måste ta en samtidig bild av miljontals proteiner och använda den för att få en struktur. Det är inte riktigt prime time. Människor gör också detta med elektronstrålar i elektronmikroskop.

Dessa metoder rekonstruerar 3D-modeller av molekylerna, ibland i tillstånd som inte kan erhållas från kristallografi. Exempel är strukturen för det många megadalton-kärnkomplexkomplexet och f-aktinfibern. Den klassiska studien är en 3d-modell av bakteriorhodopsin, den första membranproteinstrukturen som hade molekylär upplösning (detta var dock ett kristallint prov).

Även om det i princip låter mycket enklare - få ett rent prov av ditt protein, eller komplexa och frysa ner det och zappa det med en röntgen- eller elektronstråle, det är mycket mer arbete för att rekonstruera bilden och kan ta så lång eller längre tid än att få en röntgenstruktur. Upplösningen är vanligtvis också dålig eftersom kristallen förstärker sammanhållningen, det vill säga alla proteinerna är inriktade på samma sätt och har nära samma 3d-form i en kristall.

Tack för ditt svar. Jag nämnde det inte i min fråga, men min bok säger att det krävs ett stort antal kristalliserade proteiner och att samtidig diffraktion förstärker signalen. Vad jag försökte fråga är om en typ av kristalliserat proteinkonformation kan bestämmas utifrån en enskild bild eller om många olika bilder skulle behöva produceras för varje rotationsvinkel. Från ditt svar låter det som om all information som krävs lagras på en bild - stämmer det?
Jag är förvirrad av ditt svar, vad menar du med "det är inte riktigt prime time"? Elektronmikroskopiska bilder ger inte heller den upplösning du kan uppnå med röntgenkristallografi.
@MadScientist Jag tror att implikationen är att överlagrade bilder också används i EM för att rekonstruera strukturen. Fallet är naturligtvis något annorlunda eftersom EM i allmänhet inte använder kristalliserade strukturer så att proteinerna i bilden inte alla har samma orientering, vilket är avgörande.
CryoEM använder inte heller röntgenstrålar.
Jag tror att röntgenlaser och cryo EM-rekonstruktion inte ger lika konsekvent en uppsättning resultat som kristallografi medan de arbetar väldigt hårt. när proteinerna bara ligger på en yta kan de vara formförvrängda, och det kan därför vara svårt att tolka rekombinationen av bilderna.
@Mad Forskarens kommentar började springa långt, redigerat svar ..
bobthejoe
2012-02-15 12:45:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Troligen inte. Medan man kan få utmärkta diffraktionsdata från kristaller av hög kvalitet, skulle det vara extremt svårt att lösa fasproblemet. De extra vinklarna hjälper till att begränsa lösningarna.

Karsten Theis
2019-07-02 16:39:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kan proteinstruktur bestämmas av röntgendiffraktion i en enda bild?

Ja. Med hjälp av en teknik som kallas Laue-diffraktion är det möjligt att få tillräckligt med data från en enda bild för att lösa en proteinkristallstruktur. Ett exempel är den tidsupplösta studien av kolmonoximyoglobin som dissocieras genom fotolys (DOI: 10.1107 / S090904959501661X). Detta är inte den vanliga våglängdstekniken som vanligtvis används, men använder "vita" röntgenstrålar med en rad våglängder endast tillgängliga vid synkrotronstrålar. Till exempel tillhandahåller BioCARS-användaranläggningen infrastruktur för tidsupplöst kristallografi. Den används också i "diffraktion före förstörelse" när man arbetar med fria elektronlasrar, se till exempel Nature Methods 8, sidan 283 (2011).

Resten av svaret handlar om konventionell kristallografi med en våglängd.

Är bilden en komposit (där vinkeln för punktpunkten från mitten motsvarar avläsningsvinkeln) eller är en separat bild tagen i varje vinkel

Den önskade strukturella informationen (3D-elektrontäthet i verkligt utrymme) är en Fourier-transformation av diffraktionsdata (3D-ömsesidigt utrymme). Ordet "bild" är jargong för en enstaka diffraktionsbild, dvs. de diffraktionsfläckar du observerar när du riktar en röntgenstråle mot en kristall i en viss orientering. Med en annan orientering får du mer data (och mäter också vissa fläckar flera gånger).

Finns det några andra skäl till varför fler bilder skulle krävas?

Ju mer diffraktionsbilder som samlas in, desto högre är fullständighet och redundans av data. Fullständighet avser att ha mätt varje diffraktionsfläck minst en gång. Redundans hänvisar till hur ofta en plats i genomsnitt mättes, och ökande redundans ökar kvaliteten på mätningen genom genomsnitt.

Jag accepterar att detta svarar på den specifika frågan "Är det möjligt?", Men detta var snarare ett bevis på konceptet. Vet du om detta har antagits i någon utsträckning - funnit användning under omständigheter där det inte var möjligt att få fler bilder? Kan du också citera originalreferensen. Researchgate är inte en tidskrift.
Detta används rutinmässigt i tidsupplöst kristallografi och i "diffraktion före förstörelse" när man arbetar med fria elektronlasrar XFEL, Nature Methods 8, sidan 283 (2011)
Tack. Du bör lägga till detta i ditt svar så kommer jag att rösta. Tyvärr domineras denna lista av det jag kallar ”furry animal” biologer. Inget fel med det antar jag, men ansträngningarna för faktiska hårda vetenskapliga svar belönas sällan i Brownie-poäng.
@David Ja, jag besökte från StackExchange Chemistry. Det finns frågor inom biokemi som kan gå åt båda hållen, precis som det finns frågor som passar in i fysik eller kemi, men som får en annan typ av svar (eller ingen). Inte för att det är något fel med organismbiologi.
Så länge en tillräcklig mängd av det ömsesidiga utrymmet har samlats in är det naturligtvis möjligt. Hur fasproblem hanteras när man gör Laue-diffraktion vet jag helt enkelt inte, men jag antar att molekylersättning eller experimentella faser kan användas?
@JeppeNielsen Ofta löses strukturen med Fourier-skillnad, dvs. det mesta av enhetscellen är identisk med en känd struktur, med undantag för förändringar i ligandbindningsstället. Med fria elektronlasrar kan man i princip bygga en faskänslig detektor och mäta faserna direkt.
@KarstenTheis, vad du kallar Fourier skillnad motsvarar molekylär ersättningsfasning. Jag vet inte hur man skulle skapa en faskänslig detektor för en röntgenfri elektronelaser (XFEL) när man inte kan göra det för synkrotronbaserade röntgenstrålar. Den största skillnaden mellan de två ljuskällorna är det högsta fotonflödet och pulslängden. Är du medveten om att elektronerna är separerade från röntgenstrålarna före diffraktionsexperimentet, så du måste bestämma både fas och intensitet för de diffrakterade röntgenstrålarna, inte de laddade elektronerna.
@JeppeNielsen Molekylärersättning kräver en sökning med rotation och översättning, ofta med Patterson-metoder. När orienteringen av molekyler i den okända strukturen är känd används Fourier-skillnadsmetoder för att justera modellen.
@JeppeNielsen Skillnaden mellan XFEL och synkrotronstrålning är, så vitt jag förstår, att XFEL är koherent (alla samma faser) och synkrotronstrålning är inte (flera elektroner lägger till för att skapa röntgenstrålar, inte koherent).


Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 3.0-licensen som det distribueras under.
Loading...