El reemplazo molecular (MR) [1] es un método para resolver el problema de fase en cristalografía de rayos X. La RM se basa en la existencia de una estructura proteica previamente resuelta que es similar a nuestra estructura desconocida de la que se derivan los datos de difracción. Esto podría provenir de una proteína homóloga o de la estructura de RMN de la proteína de menor resolución de la misma proteína. [2]
El primer objetivo del cristalógrafo es obtener un mapa de densidad electrónica, relacionándose la densidad con la onda difractada de la siguiente manera:
Con los detectores habituales se mide la intensidad y se pierde toda la información sobre la fase ( ). Luego, en ausencia de fases (Φ), no podemos completar la transformada de Fourier mostrada que relaciona los datos experimentales de la cristalografía de rayos X (en el espacio recíproco ) con la densidad de electrones en el espacio real, en la que se construye el modelo atómico. MR intenta encontrar el modelo que mejor se ajuste a las intensidades experimentales entre estructuras conocidas.
Podemos derivar un mapa de Patterson para las intensidades, que es un mapa vectorial interatómico creado elevando al cuadrado las amplitudes del factor de estructura y estableciendo todas las fases en cero. Este mapa vectorial contiene un pico para cada átomo relacionado con todos los demás átomos, con un pico grande en 0,0,0, donde los vectores que relacionan los átomos entre sí se "acumulan". Un mapa de este tipo es demasiado ruidoso para derivar información estructural de alta resolución; sin embargo, si generamos mapas de Patterson para los datos derivados de nuestra estructura desconocida y de la estructura de un homólogo previamente resuelto, en la orientación y posición correctas dentro de la celda unitaria , los dos mapas de Patterson deberían estar estrechamente correlacionados. Este principio se encuentra en el corazón de la RM y puede permitirnos inferir información sobre la orientación y ubicación de una molécula desconocida con su celda unitaria.
Debido a limitaciones históricas en la potencia informática, una búsqueda por RM normalmente se divide en dos pasos: rotación y traslación .
En la función de rotación, nuestro mapa de Patterson desconocido se compara con mapas de Patterson derivados de nuestra estructura homóloga conocida en diferentes orientaciones. Históricamente se usaban factores r y/o coeficientes de correlación para calificar la función de rotación; sin embargo, los programas modernos usan algoritmos basados en máxima verosimilitud . La correlación más alta (y, por lo tanto, las puntuaciones) se obtienen cuando las dos estructuras (conocidas y desconocidas) están en orientaciones similares; estas luego se pueden generar en ángulos de Euler o ángulos polares esféricos .
En la función de traducción, el modelo conocido ahora correctamente orientado se puede posicionar correctamente traduciéndolo a las coordenadas correctas dentro de la unidad asimétrica. Esto se logra moviendo el modelo, calculando un nuevo mapa de Patterson y comparándolo con el mapa de Patterson derivado desconocido. Esta búsqueda de fuerza bruta es computacionalmente costosa y ahora se utilizan con mayor frecuencia funciones de traducción rápida. Las posiciones con correlaciones altas se muestran en coordenadas cartesianas .
Con la mejora de la predicción de novo de la estructura de las proteínas , muchos protocolos, incluidos MR-Rosetta, QUARK, AWSEM-Suite e I-TASSER-MR, pueden generar muchas estructuras señuelo de tipo nativo que son útiles para resolver el problema de fase mediante reemplazo molecular. [3]
Después de esto, deberíamos tener modelos de fases correctamente orientados y traducidos, a partir de los cuales podamos derivar fases que sean (con suerte) lo suficientemente precisas como para derivar mapas de densidad electrónica. Estos pueden usarse para construir y refinar un modelo atómico de nuestra estructura desconocida.
