Methods 2005/06-1

Methoden der Strukturanalyse biologischer Makromoleküle

Ralf FicnerSoSe 2008

Röntgenkristallographie

NMR Spektroskopie

Cryo-Elektronenmikroskopie

http://www.img.bio.uni-goettingen.de/ms-www/teaching.html

Methods 2005/06-2

Makromolekulare Kristallographie

• Kristalle und Röntgenstrahlung

• Röntgenbeugung an Kristallen

• Datensammlung, Phasenproblem

• MIR (Multiple Isomorphous Replacement)

• MAD (Multiwavelength Anomalous Dispersion)

• MR (Molecular Replacement)

• Density Modification, Map interpretation

• Structure Refinement and Validation

• Time resolved crystallography

• Elektronenbeugung an 2D-Kristallen

Methods 2005/06-3

Bestimmung der drei-dimensionalen Struktur durch Diffraktion von Röntgenstrahlen an Einkristallen

Methods 2005/06-4

Vom Kristall zur 3D-Struktur

Introduction to Macromolecular Crystallography

Alexander Mc Pherson

John Wiley & Sons, 2003

Crystallography Made Crysyal Clear

Gale Rhodes

Academic Press, 2000

Methods 2005/06-5

Was ist ein Kristall ?

Methods 2005/06-6

Protein KristallSalz Kristall

Methods 2005/06-7

Die Einheitszelle

Methods 2005/06-8

a

b

c

ab g

a

b

c

a

b

g

Die Achsen u. Winkel der Einheitszelle

Methods 2005/06-9

Kristall Symmetrien:Das trikline Gitter (keine Symmetrie)

Methods 2005/06-10

Kristall Symmetrien:Das trikline Gitter (keine Symmetrie)

Methods 2005/06-11

Kristall Symmetrien: Das monokline Gitter (eine 2-zählige Symmetrieachse)

Methods 2005/06-12

Die Einheitszelle kann in

asymmetrische Einheiten

unterteilt werden

Kristall Symmetrien: Das monokline Gitter (eine 2-zählige Symmetrieachse)

Methods 2005/06-13

Kristall Symmetrien: Das trigonale Gitter (eine 3-zählige Symmetrieachse)

Methods 2005/06-14

Kristallsysteme und Bravais Gitter

Kristallsystem Bravais

Typ

Einheitszelle

Triklin P ab c, ab g

Monoklin P, C ab c, 90, b, 90

Orthorhombisch P, I, F ab c, 90, 90, 90

Trigonal P, R a=b c, 90, 90, 120

Tetragonal P a=b c, 90, 90, 90

Hexagonal P a=b c, 90, 90, 120

Kubisch P, F, I a=b=c, 90, 90, 90

Methods 2005/06-15

Symmetrie Operationen

Inversion durch den Koordinaten-Ursprung (x,y,z) -> (-x,-y,-z)

Rotation um eine Achse: 1, 2, 3, 4 oder 6-fache Rotation

Methods 2005/06-16

Oder eine Kombination der Symmetrieoperationen (-> 32 Punktgruppen)

zB Punktgruppe: 622

Methods 2005/06-17

Kristallsymmetrie: Schraubenachsen

41

screw

axis

43

screw

axis

Rotation gefolgt bei einer Translation21, 31, 32, 41, 42, 43, 61, 62, 63, 64, 65

Methods 2005/06-18

Raumgruppen

• Es gibt genau 230 verschiedene Kombinations-möglichkeiten (Raumgruppen) für Symmetrie-elemente und Kristallgitter, bei denen sich eine Wiederholung einer bestimmten Anordnung in alle Raumrichtungen ergibt.

• Von diesen 230 Raumgruppen sind nur 65 chiral und somit für chirale Moleküle von Bedeutung.

• Die Symmetrieelemente in chiralen Raumgruppen umfassen 2-, 3-, 4- or 6-fache Rotationsachsen oder Schraubenachsen (simultane Rotation und Translation entlang der Rotationsachse).

Methods 2005/06-19

65 chirale Raumgruppen

TRICLINIC

P 1

MONOCLINIC

P 2 P 21 C 2

ORTHORHOMBIC

P 2 2 2 P 2 2 21 P 21 21 2 P 21 21 21

C 2 2 21 C 2 2 2 F 2 2 2 I 2 2 2 I 21 21 21

TETRAGONAL

P 4 P 41 P 42 P 43 I 4 I 41 P 4 2 2

P 4 21 2 P 41 2 2 P 41 21 2 P 42 2 2

P 42 21 2 P 43 2 2 P 43 21 2 I 4 2 2

I 41 2 2

TRIGONAL

P 3 P 31 P 32 R 3

P 3 1 2 P 3 2 1 P 31 1 2 P 31 2 1

P 32 1 2 P 32 2 1 R 3 2

HEXAGONAL

P 6 P 61 P 65 P 62 P 64 P 63 P 6 2 2

P 61 2 2 P 65 2 2 P 62 2 2 P 64 2 2

P 63 2 2

CUBIC

P 2 3 F 2 3 I 2 3 P 21 3 I 21 3

P 4 3 2 P 42 3 2 F 4 3 2 F 41 3 2

I 4 3 2 P 43 3 2 P 41 3 2 I 41 3 2