Порошковая кристаллография макромолекул

Порошковая кристаллография макромолекул.

I.Margiolaki*andJ.P.Wright Acta Crystallographica SectionA

В последние годы популярная дифракционная техника применялась для некоторых микрокристаллических белков. Использование синхротронных данных высокого разрешения вместе с новыми методами анализа стимулировало прогресс, который показал, что изучение порошков могет давать уникальные возможности для структурной характеризации белков. Получаемые данные согласуются со всеми другими существующими методами. Развитие методик и оборудования необходимо, но это в другой статье (Margiolaki, diffraction studies of macromolecules.Corey&Wyckoff Wright,Fitch etal.,2007) повторение этой информации здесь.

Наши собственный исследования в основном были в виде изучения порошковой дифракции, поэтому мы будем рассказывать о ней. Простая терминология, например как “высокое разрешение” имеет немного другое значение для разных разделов. Для порошков имеется в виду очень четкие пики, для молекулярной кристаллографии имеется в виду атомное разрешение карты электронной плотности. Так же Фаза в порошковой диаграмме приписывается к одному компоненту в смеси, в то время как для одного кристалла она приписявается к фазе, необходимой для создания карты. Видимые расхождения этих областей от полученных в исследовании означают большую возможность для трансформации одних идей в другие.

В этой статье мы начнем с П.2 с мотивации использования порошковых методов и выдвеним на первый план некоторые из порошковых исследований до использования Von Dreele метода Rietveld (Rietveld,1969) для белков. Затем в П.3 мы опишем некоторые тонкости, имеющиеся для порошков. Недавно произошла эволюция от простой подгонки по одному параметру к подгонки по многим параметрам, вслед за этим произошла эволюция в получаемых данных и результатах, это описывается в П.4. Соответствие информации из порошковых данных, таких как микроструктура и приоложение этого к фазовой идентификации в смесях описывается в П.5. Возможно. Замая привлекательная задача для каждого человека, занимающегося кристаллографией является открытие новых структур, в П.6 обсуждается прогресс и перспективы порошковых данных в этой области.

П.2 Ранние порошковые исследования биологических макроиолекул

Порошковые методы были использованы в самых ранних рентгеновских исследованиях макромолекул. Corey&Wyckoff (1936) открыли несколько  разных кристаллических белков используя порошки, иустановили. Что структура имеет большие параметры решетки. Они показали, что многие пластинки в настоящее время назывались бы дифракцией от волокон, однако, не смотря на то для chymotrypsinogen были видны единичные дифракционные кольца. Так же дифракционные кольца были видны для отчищенного белков вируса табачной мозайки (Wyckoff&Corey,1936), которые написали, что образцы, исследованные нами со многими четкими рефлексами между 80 и 3 А являются именно теми, которые ожидались для настоящих кристаллов состоящих из больших молекул. Дальнейшие исследования белков других вирусов растений (Bernal&Fankuchen,1941) определить параметры ячейки в некоторых случаях.

Исследования с помошью порошковой дифракции так же были сообщены Amost et al. (1984) для двух форм белка тубулина. Большая гексогональнаяэлементарная ячейка для тубулина из морского ежа (a = 371, c = 149 A) и бычьего мозга (a = 373, c =255A). Порошковые мотоды были так же использованы в изучении кристаллических тел-включений цитоплазматического вирус polyhedrosi из Bombyxmori (Xiaa etal.,1991). Тела-включения с линейным размером 1-3 мкм были забиты в капиллярную трубку при погружении в буфер. Дифракционная фотография показала имело разрешение 8,2 A. Anduleit etal. (2005) использовали порошковую дифракцию для определения как кристаллической решетки так и биологического фенотипа вирусов насекомых. Они нашли объемоцентрированную кубическую решетку с почти одинаковыми элементарными ячейками для белков polyhedrin из различных вирусных семейств, хотя белки имели разнуб значимую амино-кислотную последовательность.

Coulibaly etal. (2007) с помощью монокристальной микродифракции показал, что полигедрин из nucleopolyhedrovirus(NPV) так же кристаллизуется с образованием объемоцентрированной кубической ячейки. Была выявлена строгая кристаллическая структура даже для малых кристаллов протеинов. Однако, понижение размера кристалла до 29 мкм для элементарной ячейки в 100 A не может быть предсказано в следствие радиационного повреждения (Sliz etal.,2003). Следующим вызовом для кристаллографии будет решение и повышение качества данных структур от кристаллов суб-микрометровых размеров, содержащих всего несколько элементарных ячеек. Порошковые методы предлагают пут для большого увеличения количества элементарных ячеек в рентгеновском луче для микрокристаллического образца ценой перекрывания рефлексов Брега. Проблема перекрывания может быть преодолена, порошки дают дополнительную возможность для структурного анализа, когда есть проблема получения кристаллов больших размеров. Например, вирусные белки полигедрина кристаллизуются in vivo и они нерастворимы, что делает выращивание большого кристалла проблематичным.

П.3 подгонка данных высокого разрешения по многим параметрам

В 1999 было доложено о первой расшифровке структуры белка с использованием порошковых данных (VonDreele,1999) для метмиоглобин. Высоко-угловое данные беалина X3B1 (λ =1.14991A) National Synchrotron Light Source (NSLS), Brookhaven National Laboratory, USA