Разрешение (электронная плотность) - Resolution (electron density)

Серия резолюций для GroEL: слева направо, разрешение 4 Å, 8 Å, 16 Å и 32 Å. Детали размываются по мере уменьшения разрешения.

Разрешение с точки зрения электронная плотность является мерой разрешимости карты электронной плотности молекулы. В Рентгеновская кристаллография, разрешение - это самый высокий разрешаемый пик в дифракционная картина, а разрешение в криоэлектронная микроскопия представляет собой сравнение двух половин данных в частотном пространстве, которое стремится согласовать с определением рентгеновских лучей.[1]

Качественные меры

В структурная биология, разрешение можно разбить на 4 группы: (1) субатомные, отдельные элементы[требуется разъяснение ] различимы, и квантовые эффекты могут быть изучены, (2) атомные, отдельные атомы видны и может быть построена точная трехмерная модель, (3) спиральная, вторичная структура, Такие как альфа спирали и бета-листы; Спирали РНК (в рибосомах), домен (4), вторичная структура не разрешима.[требуется разъяснение ]

Рентгеновская кристаллография

Основная статья: Рентгеновская кристаллография

Как повторяющаяся единица кристалла, его ячейка, становится больше и сложнее, картина на атомном уровне, полученная с помощью рентгеновской кристаллографии, становится менее разрешенной (более "нечеткой") для данного числа наблюдаемых отражений. Часто различают два предельных случая рентгеновской кристаллографии: «низкомолекулярную» и «макромолекулярную» кристаллографию. Кристаллография малых молекул обычно включает кристаллы, содержащие менее 100 атомов в их асимметричный блок; такие кристаллические структуры обычно настолько хорошо разрешены, что их атомы можно различить как изолированные «капли» электронной плотности. Напротив, макромолекулярная кристаллография часто включает в себя десятки тысяч атомов в элементарной ячейке. Такие кристаллические структуры обычно менее разрешены (более «размыты»); атомы и химические связи выглядят как трубки электронной плотности, а не как изолированные атомы. Как правило, небольшие молекулы также легче кристаллизовать, чем макромолекулы; однако рентгеновская кристаллография оказалась возможной даже для вирусы с сотнями тысяч атомов.[2]

Примерное руководство по разрешению белковых структур[3][4]
Разрешение (Å)Смысл
>4.0Отдельные атомные координаты бессмысленны. Могут быть определены вторичные элементы конструкции.
3.0 - 4.0Сгиб, возможно, правильный, но очень вероятны ошибки. Многие сайдчейны размещены с неправильным ротамером.
2.5 - 3.0Сгиб, скорее всего, правильный, за исключением того, что некоторые петли поверхности могут быть неправильно смоделированы. Несколько длинных, тонких боковых цепей (lys, glu, gln и т. Д.) И маленьких боковых цепей (ser, val, thr и т. Д.), Вероятно, имеют неправильные ротамеры.
2.0 - 2.5Как 2,5 - 3,0, но количество сайдчейнов в неправильном ротамере значительно меньше. Обычно можно обнаружить множество мелких ошибок. Сгиб обычно правильный, и количество ошибок в петлях поверхности невелико. Становятся видимыми молекулы воды и маленькие лиганды.
1.5 - 2.0Некоторые остатки содержат неправильный ротамер. Обычно можно обнаружить множество мелких ошибок. Сгибы редко бывают неправильными, даже в поверхностных петлях.
0.5 - 1.5В целом конструкции при таком разрешении практически не имеют ошибок. Отдельные атомы в структуре могут быть разрешены. Библиотеки ротамеров и геометрические исследования сделаны из этих структур.

Крио-электронная микроскопия

Основная статья: Крио-электронная микроскопия

В криоэлектронная микроскопия разрешение обычно измеряется Корреляция Фурье-оболочки (FSC),[5] трехмерное расширение Корреляция кольца Фурье (FRC),[6] которая также известна как пространственно-частотная корреляционная функция.[7] FSC - это сравнение двух разных Преобразования Фурье над разными оболочками на частотном пространстве. Для измерения FSC данные необходимо разделить на две группы. Обычно четные частицы образуют первую группу, а нечетные частицы - вторую в зависимости от их порядка. Это обычно называется проверкой на четность и нечетность. Большинство публикаций цитируют порог FSC 0,5, который относится к случаю, когда коэффициент корреляции оболочек Фурье равен 0,5.[1][8]

Определение порога разрешения остается спорным вопросом и многие другие критерии с помощью кривой FSC существует, в том числе критерия 3-а, 5-сг критерия, и 0,143 обрезания. Однако утверждалось, что пороги с фиксированным значением (например, 0,5 или 0,143) основаны на неверных статистических предположениях.[9] Новый полубитовый критерий указывает, при каком разрешении собрано достаточно информации, чтобы надежно интерпретировать 3-мерный объем, а (модифицированный) 3-сигма критерий указывает, где FSC систематически выходит за пределы ожидаемых случайных корреляций фонового шума.[9]

В 2007 году критерий разрешения, не зависящий от FSC, корреляция соседей Фурье (FNC), был разработан с использованием корреляции между соседними вокселями Фурье для отделения сигнала от шума. FNC можно использовать для прогнозирования менее предвзятого FSC.[10] См. Также обзор измерений разрешения Cyro-EM за 2011 год.[11]

Примечания

  1. ^ а б Фрэнк, 2006, с. 250-251.
  2. ^ Hopper, P .; Harrison, S.C .; Зауэр, Р. (1984). "Структура вируса кустистости томатов. Определение последовательности белка оболочки и ее структурные последствия". Журнал молекулярной биологии. Elsevier Ltd. 177 (4): 701–713. Дои:10.1016/0022-2836(84)90045-7. PMID  6481803.
  3. ^ Хуанг, Ю-Фэн ​​(2007). Исследование структурных свойств горных белков и их применение (pdf) (Кандидат наук.). Национальный Тайваньский университет. Получено 4 ноя, 2014.
  4. ^ Удар, Дэвид (20 июня 2002 г.). Краткое содержание кристаллографии для биологов. Нью-Йорк: Oxford University Press. п. 196. ISBN  978-0198510512. Получено 4 ноя, 2014.
  5. ^ Харауз и ван Хил, 1986
  6. ^ ван Хеель, 1982
  7. ^ Сакстон и Баумейстер, 1982 г.
  8. ^ Böttcher et al., 1997
  9. ^ а б ван Хил и Шатц, 2005 г.
  10. ^ Соуза и Григорифф, 2007
  11. ^ Liao, HY; Франк, J (14 июля 2010 г.). «Определение и оценка разрешения при одночастичных реконструкциях». Структура (Лондон, Англия: 1993). 18 (7): 768–75. Дои:10.1016 / j.str.2010.05.008. ЧВК  2923553. PMID  20637413.

Рекомендации

  • Harauz, G .; М. ван Хеель (1986). «Точные фильтры для трехмерной реконструкции общей геометрии». Optik. 73: 146–156.
  • van Heel, M .; Keegstra, W .; Schutter, W .; ван Брюгген Э.Ф.Дж. (1982). Исследования гемоцианина членистоногих с помощью анализа изображений, в: Структура и функция респираторных белков беспозвоночных, EMBO Workshop 1982, E.J. Дерево. Отчеты о биохимии жизни. Дополнение 1. С. 69–73. ISBN  9783718601554.
  • Saxton, W.O .; В. Баумейстер (1982). «Усреднение корреляции регулярно расположенного белка оболочки бактериальной клетки». Журнал микроскопии. 127: 127–138. Дои:10.1111 / j.1365-2818.1982.tb00405.x.
  • Böttcher, B .; Wynne, S.A .; Кроутер, Р.А. (1997). «Определение укладки корового белка вируса гепатита В с помощью электронной микроскопии». Природа. 386 (6620): 88–91. Bibcode:1997Натура.386 ... 88Б. Дои:10.1038 / 386088a0. PMID  9052786.
  • van Heel, M .; Шац, М. (2005). «Критерии порога корреляции Фурье-оболочки». Журнал структурной биологии. 151 (3): 250–262. Дои:10.1016 / j.jsb.2005.05.009. PMID  16125414.
  • Франк, Иоахим (2006). Трехмерная электронная микроскопия макромолекулярных ансамблей. Нью-Йорк: Oxford University Press. ISBN  0-19-518218-9.
  • Соуза, Дункан; Николаус Григорьев (2007). "Ab initio измерение разрешения для одночастичных структур ». J Struct Biol. 157 (1): 201–210. Дои:10.1016 / j.jsb.2006.08.003. PMID  17029845.

внешняя ссылка