El reemplazo isomorfo (IR) es históricamente el enfoque más común para resolver el problema de fase en los estudios de cristalografía de rayos X de proteínas . Para los cristales de proteínas, este método se lleva a cabo sumergiendo el cristal de una muestra que se va a analizar con una solución de átomo pesado o cocristalizándolo con el átomo pesado. La adición del átomo pesado (o ion) a la estructura no debería afectar la formación del cristal ni las dimensiones de la celda unitaria en comparación con su forma nativa, por lo tanto, deberían ser isomorfos .
Primero se recopilan los conjuntos de datos de la derivada nativa y del átomo pesado de la muestra. Luego, la interpretación del mapa de diferencias de Patterson revela la ubicación del átomo pesado en la celda unitaria. Esto permite determinar tanto la amplitud como la fase de la contribución del átomo pesado. Dado que el factor de estructura de la derivada del átomo pesado ( F ph ) del cristal es la suma vectorial del átomo pesado solitario ( F h ) y el cristal nativo ( F p ), entonces la fase de los vectores nativos F p y F ph se puede resolver geométricamente.
La forma más común es el reemplazo isomorfo múltiple (MIR), que utiliza al menos dos derivados isomorfos. El reemplazo isomorfo simple es posible, pero da un resultado ambiguo con dos fases posibles; se requiere la modificación de la densidad para resolver la ambigüedad. También hay formas que también tienen en cuenta la dispersión anómala de rayos X de los átomos pesados empapados, llamadas MIRAS y SIRAS respectivamente. [1] [2]
Las primeras demostraciones de reemplazo isomorfo en cristalografía provienen de James M. Cork , [3] John Monteath Robertson , [4] y otros. Una demostración temprana de reemplazo isomorfo en cristalografía llegó en 1927 con un artículo que informaba sobre las estructuras cristalinas de rayos X de una serie de compuestos de alumbre de Cork. [3] Los compuestos de alumbre estudiados tenían la fórmula general A . B . (SO 4 ) 2 . 12H 2 O, donde A era un ion metálico monovalente ( NH4 + , K + , Rb + , Cs + o Tl + ), B era un ion metálico trivalente ( Al 3+ , Cr 3+ o Fe 3+ ) y S era usualmente azufre, pero también podía ser selenio o telurio . Debido a que los cristales de alumbre eran en gran parte isomorfos cuando se cambiaban los átomos pesados, podían ser desfasados por reemplazo isomorfo. Se utilizó el análisis de Fourier para encontrar las posiciones de los átomos pesados.
La primera demostración del reemplazo isomorfo en la cristalografía de proteínas fue en 1954 con un artículo de David W. Green , Vernon Ingram y Max Perutz . [5]
Algunos ejemplos de átomos pesados utilizados en la proteína MIR:
