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蛋白质的结构测定(二)

【来源/作者】北纳创联 【更新日期】2016-06-12

目前蛋白质晶体学中测定相角的主要实验方法有单对或多对同晶置换法(SIRMIR)、单波长或多波长反常散射法(SAD/MAD)等。这些方法的基础都是在蛋白晶体中引入重原子,通过以测量重原子结合到蛋白质分子上有限的几个特异位点时而导致的衍射强度差从而首先测定重原子的位置,再进一步计算相角。在蛋白晶体中引入重原子通常有两种方法,一种是将母体晶体浸在重原子溶液中,使得重原子结合在特定的位置;另一种是在蛋白表达过程中以甲硫氨酸取代所有的甲硫氨酸,用重原子硒取代甲硫氨酸的硫原子。

如图4-4-3A所示,如果重原子与天然蛋白质的结合并没有改变蛋白质的构象,那么重原子衍生物(ph)、天然蛋白(p)、重原子(h)的结构因子的关系如下(公式4-1,公式4-2):

Fph和Fp的振幅可从实验测量得到,Fh和αh可以从重原子模型获得。因此在上面的向量方程中,需要确定的是未知量αp和αph。单对同晶置换法(SIR)可得到两个Fp的可能相角值,其中一个是真解。如果第二个重原子衍生物与第一个重原子衍生物的结合点明显不同,就可以得到两个向量方程(公式4-3,公式4-4):

这两个方程可获得蛋白质相角的唯一解(图4-4-3B)。但是,这只是同晶置换的简化模型。实际上,由于可能的低占有率、非同晶或其他可能的原因,一般要求多于两个的重原子衍生物。

当蛋白质数据库中存在与目标蛋白质结构相似的三维结构时,我们可以通过数学方法将已知结构模型正确放置在未知结构的晶胞中,并使用此结构作为一个粗略模型,计算结构因子振幅的起始相角,这种方法称为分子置换法。假设已知结构模型的坐标为X1,当此结构模型被正确放置在未知结构的晶胞中时的坐标为X2,那么这两套坐标X和X2存在以下关系(公式4-5):

式中,X是(x,y,z)的坐标矢量:[R]代表3×3的旋转矩阵;t是三维空间(x,y,z)中的平移矢量。分子置换法就是通过求解旋转函数和平移函数以获得旋转矩阵和平移矢量,从而根据坐标X计算坐标X2内蒙古快3走势图,进而根据此模型计算出每一个结构因子的相角。因此,使用分子置换法一般分以下三个步骤:第一步计算交叉旋转函数寻找分子的正确取向;第二步将模型以“正确”取向放置在真实的晶胞中;第三步计算平移函数以寻找模型分子在晶胞中的正确位置。

分子置换法成功的关键在于寻找和使用一个和未知结构最接近的模型。通常情况下,当蛋白质与一个已知三维结构的蛋白质氨基酸序列同源性越高(通常至少为30%同源性,50%以上更好),二者在结构上就越相似。一般情况下,成功的分子置换法,其模型分子和未知分子之间的r.m.s.偏差不会大于1. 5A。


【关键词】蛋白质 氨基酸 甲硫氨酸 试剂 标准物质 北京标准物质网 

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