同形置換法(IR)は、タンパク質のX線結晶構造解析における位相問題を解決するために、歴史的に最も一般的な手法です。タンパク質結晶の場合、この方法は、分析対象試料の結晶を重原子溶液に浸漬するか、重原子と共結晶化させることによって行われます。構造に重原子(またはイオン)を添加しても、結晶形成や単位格子寸法は元の結晶構造と異ならないため、同形であるはずです。
まず、試料の天然状態と重原子誘導体のデータセットを収集します。次に、パターソン差分マップを解析することで、単位格子内の重原子の位置を明らかにします。これにより、重原子成分の振幅と位相の両方を決定できます。結晶の重原子誘導体の構造因子( Fph )は、単独の重原子( Fh)と天然結晶(Fp )のベクトル和であるため、天然状態のFpとFphベクトルの位相を幾何学的に解くことができます。
最も一般的な形式は、少なくとも 2 つの同形誘導体を使用する多重同形置換(MIR) です。単一同形置換も可能ですが、2 つの可能な位相で曖昧な結果になります。曖昧さを解消するには密度修正が必要です。浸漬された重原子の異常 X 線散乱も考慮に入れる形式もあり、それぞれ MIRAS および SIRAS と呼ばれます。[ 1 ] [ 2 ]
Early demonstrations of isomorphous replacement in crystallography come from James M. Cork,[3]John Monteath Robertson,[4] and others. An early demonstration of isomorphous replacement in crystallography came in 1927 with a paper reporting the x-ray crystal structures of a series of alum compounds from Cork.[3] The alum compounds studied had the general formula A.B.(SO4)2.12H2O, where A was a monovalent metallic ion (NH4+, K+, Rb+, Cs+, or Tl+), B was a trivalent metallic ion (Al3+, Cr3+, or Fe3+) and S was usually sulfur, but could also be selenium or tellurium. Because the alum crystals were largely isomorphous when the heavy atoms were changed out, they could be phased by isomorphous replacement. Fourier analysis was used to find the heavy atom positions.
The first demonstration of isomorphous replacement in protein crystallography was in 1954 with a paper from David W. Green, Vernon Ingram, and Max Perutz.[5]
Some examples of heavy atoms used in protein MIR: