Разрешение с точки зрения электронной плотности является мерой разрешимости карты электронной плотности молекулы. В рентгеновской кристаллографии разрешение - это самый высокий разрешаемый пик на дифракционной картине , в то время как разрешение в криоэлектронной микроскопии - это сравнение двух половин данных в частотном пространстве, которое стремится коррелировать с определением рентгеновских лучей. [1]
Качественные меры
В структурной биологии разрешение можно разбить на 4 группы: (1) субатомные, отдельные элементы [ требуется пояснение ] различимы, и квантовые эффекты могут быть изучены, (2) атомарные, отдельные атомы видимы и точное трехмерное изображение модель может быть построена, (3) спиральная, вторичная структура , такая как альфа-спирали и бета-листы ; Спирали РНК (в рибосомах), домен (4), вторичная структура не разрешима. [ требуется разъяснение ]
Рентгеновская кристаллография
По мере того, как повторяющаяся единица кристалла, его элементарная ячейка , становится больше и сложнее, картина атомного уровня, обеспечиваемая рентгеновской кристаллографией, 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 с менее чем 100 атомами в их асимметричных единицах ; такие кристаллические структуры обычно настолько хорошо разрешены, что их атомы можно различить как изолированные «капли» электронной плотности. Напротив, кристаллография макромолекул 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. В общем, небольшие молекулы также легче кристаллизовать, чем макромолекулы; однако рентгеновская кристаллография оказалась возможной даже для вирусов с сотнями тысяч атомов. [2]
Разрешение (Å) | Имея в виду |
> 4,0 | Отдельные атомные координаты бессмысленны. Могут быть определены вторичные элементы конструкции. |
3,0 - 4,0 | Сгиб, возможно, правильный, но очень вероятны ошибки. Многие сайдчейны размещены с неправильным ротамером. |
2,5 - 3,0 | Сгиб, 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 - 2,5 | Как 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 - 2,0 | Некоторые остатки содержат неправильный ротамер. Обычно можно обнаружить множество мелких ошибок. Сгибы редко бывают неправильными, даже в поверхностных петлях. |
0,5 - 1,5 | В целом структуры при таком разрешении практически не имеют ошибок. Можно разрешить отдельные атомы в структуре. Библиотеки ротамеров и геометрические исследования сделаны из этих структур. |
Криоэлектронная микроскопия
В криоэлектронной микроскопии разрешение обычно измеряется с помощью корреляции оболочек Фурье (FSC) [5] , трехмерного расширения кольцевой корреляции Фурье (FRC) [6], которая также известна как пространственно-частотная корреляционная функция. [7] FSC - это сравнение двух различных преобразований Фурье по разным оболочкам в 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 четности-нечетности. В большинстве публикаций приводится отсечение FSC 0,5, которое относится к случаю, когда коэффициент корреляции оболочек Фурье равен 0,5. [1] [8]
Определение порога разрешения остается спорной темой, и существует множество других критериев, использующих кривую FSC, включая критерий 3-σ, критерий 5-σ и порог 0,143. 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 для надежной интерпретации трехмерного объема, а (модифицированный) критерий трех сигм указывает, где FSC систематически выходит за пределы ожидаемых случайных корреляций фона. шум. [9]
В 2007 году критерий разрешения, не зависящий от FSC, корреляция соседей Фурье (FNC), был разработан с использованием корреляции между соседними вокселами 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]
Заметки
- ^ a b Франк, 2006, p250-251
- ^ Хоппер, P .; Харрисон, Южная Каролина; Зауэр, RT (1984). "Структура вируса кустистости томатов. V. Определение последовательности белков оболочки и ее структурные последствия". Журнал молекулярной биологии . Elsevier Ltd. 177 (4): 701–713. DOI : 10.1016 / 0022-2836 (84) 90045-7 . PMID 6481803 .
- ^ Хуанг, Ю-Фэн (2007). Исследование структурных свойств горных белков и их применение (pdf) (доктор философии). Национальный Тайваньский университет . Проверено 4 ноября 2014 года .
- ^ Удар, Дэвид (20 июня 2002 г.). Очерк кристаллографии для биологов . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета . п. 196. ISBN. 978-0198510512. Проверено 4 ноября 2014 года .
- ^ Harauz и ван каблука, 1986
- Перейти ↑ van Heel, 1982
- ^ Сакстон и Баумейстер, 1982
- ^ Беттхердр., 1997
- ^ a b van Heel & Schatz, 2005
- ^ Соуза & Grigoreiff, 2007
- ^ Liao, HY; Франк, Дж (14 июля 2010 г.). «Определение и оценка разрешения при одночастичных реконструкциях» . Структура . 18 (7): 768–75. DOI : 10.1016 / j.str.2010.05.008 . PMC 2923553 . PMID 20637413 .
Рекомендации
- Harauz, G .; М. ван Хеель (1986). «Точные фильтры для трехмерной реконструкции общей геометрии». Оптик . 73 : 146–156.
- van Heel, M .; Keegstra, W .; Schutter, W .; ван Брюгген EFJ (1982). Исследования гемоцианина членистоногих с помощью анализа изображений, в: Структура и функция респираторных белков беспозвоночных, EMBO Workshop 1982, EJ Wood . Отчеты о биохимии жизни . Дополнение 1. С. 69–73. ISBN 9783718601554.
- Saxton, WO; В. Баумейстер (1982). «Усреднение корреляции регулярно расположенного белка оболочки бактериальной клетки». Журнал микроскопии . 127 : 127–138. DOI : 10.1111 / j.1365-2818.1982.tb00405.x .
- Böttcher, B .; Wynne, SA; Кроутер, РА (1997). «Определение складки корового белка вируса гепатита В с помощью электронной микроскопии». Природа . 386 (6620): 88–91. Bibcode : 1997Natur.386 ... 88B . DOI : 10.1038 / 386088a0 . PMID 9052786 .
- van Heel, M .; Шац, М. (2005). «Критерии порога корреляции Фурье-оболочки». Журнал структурной биологии . 151 (3): 250–262. DOI : 10.1016 / j.jsb.2005.05.009 . PMID 16125414 .
- Франк, Иоахим (2006). Трехмерная электронная микроскопия макромолекулярных ансамблей . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета . ISBN 0-19-518218-9.
- Соуза, Дункан; Николаус Григорьев (2007). « Измерение разрешения Ab initio для одночастичных структур». J. Struct Biol . 157 (1): 201–210. DOI : 10.1016 / j.jsb.2006.08.003 . PMID 17029845 .
Внешние ссылки
- PDB 101 Просмотр структур: разрешение
- EMstats Тенденции и распределения карт в банке данных EM (EMDB), например тенденции разрешения