Estoy leyendo sobre el uso de la cristalografía de rayos X para determinar la estructura de las proteínas. Según mi libro, los datos se recopilan en ángulos de 30-360 (dependiendo de la simetría de la proteína). Se proporciona una ilustración con anillos concéntricos etiquetados con distancias: cuanto más lejos estén los puntos, mayor será la resolución.
¿La imagen es un compuesto (donde el ángulo del punto desde el centro es equivalente al ángulo de la lectura) o se toma una imagen separada en cada ángulo? ¿Hay alguna otra razón por la que se necesitarían más imágenes?
Gracias.
No puedes resolver una estructura con un solo marco, incluso con difracción perfecta.
La razón por la que necesita imágenes en una gran franja de ángulos es porque el patrón de difracción también está en tres dimensiones, en el llamado "espacio recíproco". Como mínimo, se necesita una rotación de 180 ° del cristal para barrer toda la esfera del espacio recíproco con el plano de detección, aunque la simetría en la estructura del cristal puede reducir esto aún más (algunas de mis proteínas solo requieren 90 °, creo que las células unitarias hexagonales con simetría de 6 veces puede vivir con 30°). Debido a que los cristales son cosas reales (léase: no ideales, doblemente para los cristales de proteínas), el barrido se extiende para ganar algo de redundancia.
Probablemente no. Si bien se pueden obtener excelentes datos de difracción de un cristal de alta calidad, sería extremadamente difícil resolver el problema de la fase. Los ángulos adicionales ayudarán a restringir las soluciones.
No analizando una sola proteína. Hay trabajo con láseres de rayos X.
Tienes que tomar una imagen simultánea de millones de proteínas y usarla para obtener una estructura. No es el horario de máxima audiencia. La gente también está haciendo esto con haces de electrones en microscopios electrónicos.
Estos métodos reconstruirán modelos 3D de las moléculas, a veces en estados que no se pueden obtener de la cristalografía. Los ejemplos son la estructura del complejo de poros nucleares de muchos megadalton y la fibra de actina f. El estudio clásico es el modelo 3d de la bacteriorrodopsina, la primera estructura de proteína de membrana que tenía una resolución molecular (aunque esta era una muestra cristalina).
Si bien, en principio, suena mucho más simple: obtener una muestra pura de su proteína, o compleja, congelarla y eliminarla con un haz de rayos X o de electrones, es mucho más trabajo reconstruir la imagen y puede llevar tanto tiempo o más que obteniendo una estructura de rayos x. La resolución también suele ser pobre ya que el cristal reforzará la coherencia, es decir, todas las proteínas están alineadas de la misma manera y tienen casi la misma forma 3D en un cristal.
¿Se puede determinar la estructura de la proteína por difracción de rayos X en una sola imagen?
Sí. Usando una técnica llamada difracción de Laue, es posible obtener suficientes datos de una sola imagen para resolver una estructura cristalina de proteína. Un ejemplo es el estudio de resolución temporal de la disociación de la monoximioglobina de carbono por fotólisis (DOI: 10.1107/S090904959501661X). Esta no es la técnica estándar de longitud de onda única que se usa generalmente, pero usa rayos X "blancos" con un rango de longitudes de onda disponibles solo en haces de sincrotrón. Por ejemplo, la instalación de usuario de BioCARS proporciona infraestructura para la cristalografía de resolución temporal. También se utiliza en "difracción antes de la destrucción" cuando se trabaja con láseres de electrones libres; véase, por ejemplo, Nature Methods 8, página 283 (2011).
El resto de la respuesta es sobre la cristalografía convencional de longitud de onda única.
¿La imagen es un compuesto (donde el ángulo del punto desde el centro es equivalente al ángulo de la lectura) o es una imagen separada tomada en cada ángulo?
La información estructural deseada (densidad de electrones 3D en el espacio real) es una transformada de Fourier de los datos de difracción (espacio recíproco 3D). La palabra "imagen" es jerga para una sola imagen de difracción, es decir, los puntos de difracción que observa cuando apunta un haz de rayos X a un cristal en una cierta orientación. Usando una orientación diferente, obtiene más datos (y también mide algunos puntos varias veces).
¿Hay alguna otra razón por la que se necesitarían más imágenes?
Cuantas más imágenes de difracción se recopilen, mayor será la integridad y la redundancia de los datos. La integridad se refiere a haber medido cada punto de difracción al menos una vez. La redundancia se refiere a la frecuencia promedio con la que se midió un punto, y el aumento de la redundancia aumenta la calidad de la medición a través del promedio.
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