Ich bin mit dem experimentellen Verfahren der Röntgenkristallographie nicht sehr vertraut, außer dass es um die sehr heikle Angelegenheit geht, Kristalle herzustellen, die Proteine enthalten, und dann Strahlen durch sie zu beugen, um ein Muster zu erhalten, das uns etwas über die Form des Proteins sagt.
Ich bin jedoch neugierig, wenn Sie ein Protein kristallisieren, das normalerweise in der Zellflüssigkeit verbleibt, durchläuft es irgendwelche Konformations- oder Größenänderungen. Gibt es zum Beispiel nicht einen gewissen Druck, der durch das Wasser ausgeübt wird, was möglicherweise dazu führen würde, dass das Protein kleiner ist, als es unter geringerem Druck sein könnte. Oder was ist mit hydrophoben/philen Effekten, die eine wichtige Rolle bei der Proteinfaltung spielen. Sobald das Protein gefaltet ist, wird es natürlich durch Wechselwirkungen gebunden, die stärker als Hydrophobizität sind, sodass es nicht so empfindlich ist. Aber dennoch sollte ein kompletter Wechsel der Umgebung als große Veränderung gelten, oder nicht? Gibt es also theoretische oder experimentelle Erklärungen dafür, ob das Protein während der Kristallisation seine Größe und/oder Form ändert? Hinweise auf experimentelle und theoretische Arbeiten sind sehr willkommen. Obwohl ich denke, dass experimentelle Beweise in dieser Angelegenheit sinnvoller wären, da normalerweise Potentiale optimiert werden, um zu berücksichtigen, dass die Kristallstruktur das Minimum der Energie ist, kann ich nicht erkennen, wie theoretische Arbeiten möglicherweise zum Verständnis dieses Problems beitragen könnten. Ich denke, eine Möglichkeit wäre, eine durch Röntgenstrahlen bestimmte native Proteinstruktur zu nehmen und sie einer AB-initio-Molekularmechanik zu unterziehen, bei der Potenziale nicht von Parametern abhängen, die aus den nativen Zuständen von Proteinen in der PDB-Datenbank erhalten werden. Ich weiß aber nicht, wie theoretisch das wäre. Ich denke, eine Möglichkeit wäre, eine durch Röntgenstrahlen bestimmte native Proteinstruktur zu nehmen und sie einer AB-initio-Molekularmechanik zu unterziehen, bei der Potenziale nicht von Parametern abhängen, die aus den nativen Zuständen von Proteinen in der PDB-Datenbank erhalten werden. Ich weiß aber nicht, wie theoretisch das wäre. Ich denke, eine Möglichkeit wäre, eine durch Röntgenstrahlen bestimmte native Proteinstruktur zu nehmen und sie einer AB-initio-Molekularmechanik zu unterziehen, bei der Potenziale nicht von Parametern abhängen, die aus den nativen Zuständen von Proteinen in der PDB-Datenbank erhalten werden. Ich weiß aber nicht, wie theoretisch das wäre.
Proteinkristalle sind nicht wie Kristalle von häufiger vorkommenden Substanzen wie Salz [NaCl] oder Diamant [nur Kohlenstoff]. Diese Materialien enthalten keine anderen Atome in ihren Kristallstrukturen. Beispielsweise enthält ein NaCl-Kristall Natriumionen und Chloridionen. Die Röntgenkristallographie dieses Materials wird nach mathematischer Verarbeitung Elektronendichtepeaks von zwei Arten zeigen, die jeweils leicht durch Intensität entweder als Natriumion oder als Chloridion unterschieden werden können. Alle anderen Spitzen der Elektronendichte sind rar gesät und eindeutig als Eindringling identifizierbar.
Da die meisten Proteine hydrophile Regionen auf der äußeren Oberfläche der Struktur haben, enthalten Proteinkristalle tatsächlich einen beträchtlichen Anteil an Wassermolekülen innerhalb des Kristalls selbst. Diese Wassermoleküle sind Teil des Kristalls, weil sie mit diesen hydrophilen Resten auf der tertiären Oberfläche des Proteins in Wechselwirkung treten, in einigen Fällen sowohl durch Wasserstoffbrückenbindungen als auch in anderen Fällen durch weniger spezifische polare Wechselwirkungen. Dies ist zumindest einer der Gründe, warum die Gewinnung eines Kristalls eines zufälligen Proteins keineswegs ein Routineunterfangen ist. Der große Anteil an Wasser in diesen Kristallen macht sie sehr zerbrechlich, sobald sie sich bilden, und es ist nicht unbedingt wahrscheinlich, dass sie sich überhaupt bilden.
Wenn Sie in die Fachliteratur gehen, um sich die Elektronendichtekarten anzusehen, aus denen die üblicheren diagrammartigen Strukturkarten abgeleitet werden, können Sie tatsächlich die Wassermoleküle verfolgen, die die einzelnen Proteinmoleküle umgeben.
Tatsächlich war es in den Tagen der Entwicklung der Proteinkristallographie eine ausgesprochen nicht triviale Aufgabe, den verschiedenen Peaks der Elektronendichte die richtigen spezifischen Atome zuzuordnen.
Tatsächlich ist die Mikroumgebung, die das Protein innerhalb des Kristalls erfährt, obwohl es ein Kristall ist, der in einer wässrigen Umgebung sehr ähnlich. Die hydrophoben Wechselwirkungen und hydrophilen Wechselwirkungen werden sich nicht sehr von denen in Lösung unterscheiden.
Das heißt, der erreichte kristalline Zustand ist in Wirklichkeit keine „vollständige Veränderung der Umgebung“, um den Ausdruck zu verwenden, den Sie in Ihrem Beitrag verwendet haben.
Marcin
Sina
Luigi
James
Sina