同形置換

同形置換法 (IR)は、歴史的にタンパク質のX 線結晶構造解析研究における位相問題を解決する最も一般的な方法です。タンパク質結晶の場合、この方法は、分析するサンプルの結晶を重原子溶液に浸すか、重原子との共結晶化によって行われます。構造に重原子 (またはイオン) を追加しても、本来の形と比較して結晶形成や単位格子の大きさには影響しないはずなので、同形になるはずです。

まず、サンプルのネイティブおよび重原子誘導体からのデータ セットが収集されます。次に、パターソン差分マップの解釈により、単位格子内の重原子の位置が明らかになります。これにより、重原子寄与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 ( F _{ph ) の}構造因子は、孤立重原子 ( F _h ) とネイティブ結晶 ( F _p )のベクトルの合計であるため、ネイティブF _{p ベクトル}とF _phベクトルの位相は幾何学的に解くことができます。

${\displaystyle \mathbf {F} _{ph}=\mathbf {F} _{p}+\mathbf {F} _{h}}$

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 つの相が存在する可能性のあるあいまいな結果が得られます。このあいまいさを解決するには密度の変更が必要です。また、浸漬された重原子の異常な X 線散乱も考慮する形式もあり、それぞれ MIRAS と SIRAS と呼ばれます。^{[1] [2]}

結晶学における同形置換の初期の実証は、ジェームズ・M・コーク[ ^3]、 ジョン・モンテス・ロバートソン[ 4 ^{]らによるものである。結晶学における同形置換の初期の実証は、1927年にコークの一連の}ミョウバン化合物のX線結晶構造を報告した論文によってなされた。^[3]研究されたミョウバン化合物は、一般式A ^. B ^. (SO ₄ ) ₂ ^. 12H ₂ Oを有し、ここでAは一価の金属イオン（NH4 ⁺、K ⁺、Rb ⁺、Cs ⁺、またはTl ⁺）、Bは三価の金属イオン（Al ³⁺、Cr ³⁺、またはFe ³⁺）、Sは通常硫黄であるが、セレンやテルルであることもある。ミョウバン結晶は重原子が置換されてもほぼ同形であったため、同形置換によって位相を合わせることができた。重原子の位置を見つけるためにフーリエ解析が使用されました。

タンパク質結晶学における同形置換の最初の実証は、1954年にデイビッド・W・グリーン、ヴァーノン・イングラム、マックス・ペルッツによる論文によって行われた。^[5]

タンパク質MIRで使用される重原子の例:

• Hg ^{2+イオンは}チオール基に結合します。
• ウラニル塩（UO ₂ + NO ₃）はAspとGluのカルボキシル基の間に結合する。
• 鉛はCys残基に結合します。
• PtCl ₄ ²⁻ (イオン)はHisに結合する

• 多波長異常回折（MAD）
• 単一波長異常回折（SAD）

• パターソンマップ

• de la Fortelle E、Bricogne G (1997)。「多重同形置換法および多波長異常回折法における最大尤度重原子パラメータの改良」。高分子結晶学パート A。酵素学の方法。第 276 巻。pp. 472–494。doi : 10.1016 /S0076-6879(97)76073-7。ISBN 978-0-12-182177-7. PMID  27799110。
• Bella J、Rossmann MG (1998)。「複数のMADおよびMIRデータのための一般的な位相アルゴリズム」。Acta Crystallogr. D. 54 ( 2): 159–174。Bibcode :1998AcCrD..54..159B。doi : 10.1107/s0907444997010469。PMID 9761882  。

• 位相決定 — イラストと参考資料付きのチュートリアル。

• SOLVE (現在は PHENIX に統合) – Terwilliger, TC および J. Berendzen。(1999)「自動化された MAD および MIR 構造解析」。Acta Crystallographica D55、849-861。