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相角决定方法
决定相角通常有三种常用的方法,分别是同型置换法(isomorphous replacement method) 、非寻常散射法(anomalous dispersion method) 以及分子置换法(molecular replacement) ,现在分述如下:
(1)同型置换法
同型重原子置换法最早的应用是在1954 年,用来解出血红蛋白hemoglobin 的相角,需要在晶体蛋白质的内部加入重原子。通常以浸泡的方法使重原子能够渗透(diffuse) 进入到晶体内部和蛋白质结合。这些重原子对X 光产生较大的绕射,对绕射点的强度会有明显的差异,根据这些差异,可定出重原子的位置,并进而推算出蛋白质晶体绕射光的相角。理论上,若是只获得一组重原子衍生物数据(single isomorphous replacement, SIR),经计算后,其解并不是唯一的;因此通常会结合数个不同的重原子衍生物所得到的数据(multiple isomorphous replacement, MIR), 来求得更精确的相角。
(2) 非寻常散射法
较重的原子会吸收特定波长的X 光,运用接近吸收边缘(absorption edge)的X 光进行绕射实验时,会产生不寻常的X 光散射或吸收现象,称为非寻常散射(anomalous scattering),此一现象可导致绕射振幅及相角的改变。经由数个不同波长的X 光照射,记录吸收边缘前后所产生的不同绕射结果,可依此计算出相角。由于它使用数个不同波长,所以称为「多波长非寻常散射法」(multiwavelength anomalous dispersion, MAD) 。使用这个方法的前提是X 光的波长需依重原子的特性加以调整,而一般在实验室的X 光通常是属于固定波长的,并无法满足这个方法,所以非寻常散射法就需要利用同步辐射可变波长的光源来完成(5)。目前很多实验室使用硒化甲硫胺酸(selenomethionine)来取代甲硫胺酸 (methionine),在养菌的同时加入硒化甲硫胺酸,使蛋白质的形成过程带入含有重原子硒的硒化甲硫胺酸,接下来养出蛋白质晶体,在硒的吸收边缘进行绕射实验,并运用MAD 的方法来计算出蛋白质晶体绕射波的相角(图四)。
(3) 分子置换法
若是一个未知的蛋白质与另一已解出结构的蛋白质,在胺基酸序列具有30 %以上的一致性(identity),表示这两个蛋白质的结构可能类似,可以利用分子置换法来计算出未知蛋白质的相角。利用已知蛋白质之结构分子带入晶体中寻找旋转及位移的可能位置,解析出结构。随着蛋白质结构的增加,可以发现类似的蛋白质具有相同的折迭方式,而出现新的折迭的机率也相对减少,所以只要未知的蛋白质在蛋白质数据库(Protein Data Bank, PDB )中,找到序列上具有同源性(homology)的已知结构时,即可在取得晶体绕射数据后,快速地运用分子置换法来解决相角问题。
