Не дайте себя обмануть красивым кристаллом! Макромолекулярные кристаллические решетки и мозаичность

Поверхностная красота кристаллов может быть обманчива! Из-за редкости контактов в макромолекулярных кристаллах легко проникают примеси и/или образуются множественные различные конфигурации — даже в одном кристалле (даже в красивом)! Подробнее здесь: http://bit.ly/xraycrystallography2 Кристалл представляет собой трехмерную структуру, называемую решеткой, состоящую из симметрично расположенных одинаковых элементов, называемых «элементарными ячейками», подобно кирпичам в стене. Каждая элементарная ячейка содержит 1 или более копий некоторой «уникальной» части, называемой «асимметричной единицей». Данные рентгеновской кристаллографии представляют собой дифракционные картины, возникающие в результате взаимодействия рентгеновских лучей с атомами в решетке. Качество дифракционных данных зависит от качества кристаллического состава под поверхностью. В идеальном кристалле имеется единая кристаллическая решетка по всей своей длине, что приводит к одной чистой дифракционной картине, которую «легко» интерпретировать. Однако в итоге вы можете получить мозаичный кристалл, содержащий множество перекрывающихся решеток. Это приводит к перекрывающимся дифракционным картинам, которые трудно интерпретировать. (Иногда они даже имеют общие точки, явление, называемое двойникованием, которое затем необходимо распутать). Другие источники трудностей с дифракцией включают включение молекул-загрязнителей, чрезмерное молекулярное движение и/или радиационное повреждение. Подробнее о кристаллической структуре: Кристалл — это «просто» упорядоченная трехмерная решетка повторяющихся единиц — что-то вроде напольной плитки, но в 3 измерениях — если вы знаете, где находится одна точка на одном объекте, вы точно знаете, где в пространстве находится соответствующая точка в каждой другой копии объекта, потому что существует «рецепт», которому нужно следовать — например, приклеить одну копию, сделать 2 шага влево и 3 вверх, приклеить еще одну копию и т. д. «Идентичные плитки» в белковом кристалле называются «элементарными ячейками», и они состоят из 1 или более копий некоторой уникальной части, называемой «асимметричной единицей». Эта асимметричная единица может сама содержать одну или несколько отдельных копий белка. Пространственная группа — это рецепт построения одной элементарной ячейки из асимметричной единицы, а трансляции решетки — это рецепт построения целого кристалла из элементарных ячеек. Не стоит слишком беспокоиться об этих терминах (и, вероятно, они станут понятнее, если вы посмотрите на рисунок). Главное, что я хочу, чтобы вы поняли: если вы знаете, что находится в асимметричной единице, и знаете расположение атомов в кристалле, вы можете определить структуру всего кристалла. И вы можете использовать симметричное расположение атомов в кристалле, чтобы определить структуру асимметричной единицы. Причина, по которой дифракционные картины от кристаллов представляют собой серию отдельных пятен, заключается в симметрии кристалла. Эта симметрия обсуждается в терминах сравнения асимметричных единиц — например, атом в одной молекуле белка находится в том же месте в своей «асимметричной единице», что и соответствующий атом в копиях молекулы белка в каждой асимметричной единице. Таким образом, даже если сам белок сильно несимметричен (часто самые «холодные» из них именно такие), симметрия все равно присутствует. Таким образом, вы по-прежнему будете получать равномерно расположенные рассеиватели волн, приводящие к дифракции (ситуация, когда волны интерферируют конструктивно, давая более сильный сигнал). В итоге: Кристаллическая решетка: «целый» кристалл — он содержит множество (обычно миллиарды!) копий интересующего вас элемента. Элементарная ячейка: основная повторяющаяся единица кристалла, как кирпичи в кирпичной стене. Асимметричная единица: наименьшая «уникальная» часть кристалла. Биологическая сборка: биологически значимая форма — может отличаться от асимметричной единицы. Каждая элементарная ячейка содержит одну или несколько полных или частичных копий асимметричной единицы. Копии асимметричной единицы симметрично связаны друг с другом посредством преобразований пространственных групп для построения элементарной ячейки. Элементарные ячейки позиционно связаны посредством преобразований решетки для построения всего кристалла. Иногда кристалл содержит несколько решеток, и мы называем это мозаичностью. Рекомендуемая литература: Горрек, Ф. Руководство для начинающих по кристаллизации макромолекул. Biochem (Lond) 2021, 43 (1), 36–43. https://doi.org/10.1042/bio_2020_108. Влодавер, А.; Минор, В.; Даутер, З.; Яскольский, М. Кристаллография белков для начинающих кристаллографов, или как избежать ловушек и ошибок при определении структуры макромолекул. The FEBS Journal 2013, 280 (22), 5705–5736. https://doi.org/10.1111/febs.12495. Макферсон, А.; Гавира, Дж. А. Введение в кристаллизацию белков. Acta Crystallographica Section F: Structural Biology Communications 2014, 70 (1), 2–20. https://doi.org/10.1107/S2053230X130331...