อ่าน 4 นาที
ความละเอียด (ชีววิทยาโครงสร้าง)
ความละเอียดในบริบทของชีววิทยาเชิงโครงสร้างคือความสามารถในการแยกแยะการมีอยู่หรือไม่มีอยู่ของอะตอมหรือกลุ่มของอะตอมใน โครงสร้าง ชีวโมเลกุลโดยปกติแล้วโครงสร้างจะมาจากวิธีการต่างๆ
ความละเอียด (ชีววิทยาโครงสร้าง)
ความละเอียดในบริบทของชีววิทยาเชิงโครงสร้างคือความสามารถในการแยกแยะการมีอยู่หรือไม่มีอยู่ของอะตอมหรือกลุ่มของอะตอมใน โครงสร้าง ชีวโมเลกุลโดยปกติแล้วโครงสร้างจะมาจากวิธีการต่างๆ เช่นการตกผลึกด้วยรังสีเอกซ์การตกผลึกด้วยอิเล็กตรอนหรือกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบแช่แข็งความละเอียดจะวัดจาก "แผนที่" ของโครงสร้างที่ได้จากการทดลองซึ่งแบบจำลองอะตอมจะถูกปรับให้เข้ากับแผนที่นั้น[ 1 ]เนื่องจากธรรมชาติและการปฏิสัมพันธ์กับสสารที่แตกต่างกัน ใน วิธีการ รังสีเอกซ์แผนที่ที่ได้จะเป็นความหนาแน่นของอิเล็กตรอนของระบบ (โดยปกติจะเป็นผลึก ) ในขณะที่ใน วิธีการ อิเล็กตรอนแผนที่จะเป็นศักย์ไฟฟ้าสถิตของระบบ ในทั้งสองกรณี ตำแหน่งของอะตอมจะถูกสมมติในลักษณะเดียวกัน[ 2 ]
การวัดเชิงคุณภาพ
ในชีววิทยาเชิงโครงสร้างความละเอียดสามารถแบ่งออกได้เป็น 4 กลุ่ม: (1) ระดับย่อยอะตอม เมื่อได้รับข้อมูลเกี่ยวกับความหนาแน่นของอิเล็กตรอนและ สามารถศึกษา ผลกระทบควอนตัมได้ (2) ระดับอะตอม เมื่อมองเห็นอะตอมแต่ละตัวและสามารถสร้างแบบจำลองสามมิติที่แม่นยำได้ (3) ระดับเกลียวโครงสร้างทุติยภูมิเช่นเกลียวอัลฟาและแผ่นเบตาเกลียวRNA (ในไรโบโซม) (4) ระดับโดเมน ไม่สามารถระบุโครงสร้างทุติยภูมิได้
| ความละเอียด (Å) | ความหมาย |
|---|---|
| >4.0 | พิกัดอะตอมแต่ละตัวไม่มีความหมาย แต่สามารถระบุองค์ประกอบโครงสร้างทุติยภูมิได้ |
| 3.0 - 4.0 | การพับอาจถูกต้อง แต่มีโอกาสเกิดข้อผิดพลาดสูงมาก โซ่ข้างจำนวนมากวางอยู่ในตำแหน่งโรตาเมอร์ที่ไม่ถูกต้อง |
| 2.5 - 3.0 | โครงสร้างการพับน่าจะถูกต้อง ยกเว้นว่าลูปบนพื้นผิวบางส่วนอาจมีการจำลองที่ไม่ถูกต้อง โซ่ข้างที่ยาวและบางหลายเส้น (เช่น ไลซีน กลูตาเมต กลูตาเมต ฯลฯ) และโซ่ข้างขนาดเล็ก (เช่น ซีรีน วาลีน ทรีโอนีน ฯลฯ) อาจมีไอโซเมอร์การหมุนที่ไม่ถูกต้อง |
| 2.0 - 2.5 | อยู่ในช่วง 2.5 - 3.0 แต่จำนวนโซ่ข้างในโรตาเมอร์ที่ผิดนั้นน้อยกว่ามาก โดยปกติแล้วสามารถตรวจพบข้อผิดพลาดเล็กๆ น้อยๆ ได้มากมาย โครงสร้างพับตัวโดยทั่วไปถูกต้อง และจำนวนข้อผิดพลาดในลูปพื้นผิวมีน้อย โมเลกุลของน้ำและลิแกนด์ขนาดเล็กสามารถมองเห็นได้ชัดเจน |
| 1.5 - 2.0 | มีสารตกค้างเพียงไม่กี่ชนิดที่มีโรตาเมอร์ผิดพลาด ข้อผิดพลาดเล็กๆ น้อยๆ หลายอย่างมักตรวจพบได้ โครงสร้างพับมักไม่ผิดพลาด แม้แต่ในลูปบนพื้นผิวก็ตาม |
| 0.5 - 1.5 | โดยทั่วไป โครงสร้างแทบไม่มีข้อผิดพลาดที่ความละเอียดระดับนี้ สามารถระบุอะตอมแต่ละตัวในโครงสร้างได้อย่างชัดเจนมี การสร้างไลบรารีของไอโซเมอร์หมุน และศึกษาเรขาคณิตจากโครงสร้างเหล่านี้ |
ผลึกศาสตร์รังสีเอกซ์
เมื่อหน่วยซ้ำของผลึก หรือเซลล์หน่วยมีขนาดใหญ่ขึ้นและซับซ้อนมากขึ้น ภาพระดับอะตอมที่ได้จากการวิเคราะห์โครงสร้างผลึกด้วยรังสีเอกซ์จะมีความละเอียดน้อยลง (ดู "พร่ามัว" มากขึ้น) สำหรับจำนวนการสะท้อนที่สังเกตได้เท่ากัน โดยทั่วไปแล้ว การวิเคราะห์โครงสร้างผลึกด้วยรังสีเอกซ์มักแบ่งออกเป็นสองกรณี คือ "ผลึกโมเลกุลขนาดเล็ก" และ "ผลึกโมเลกุลขนาดใหญ่" ผลึกโมเลกุลขนาดเล็กมักเกี่ยวข้องกับผลึกที่มีอะตอมน้อยกว่า 100 อะตอมในหน่วยอสมมาตรโครงสร้างผลึกดังกล่าวมีความละเอียดสูงมากจนสามารถมองเห็นอะตอมเป็น "กลุ่ม" ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่แยกจากกันได้ ในทางตรงกันข้ามผลึกโมเลกุลขนาดใหญ่มักเกี่ยวข้องกับอะตอมหลายหมื่นอะตอมในเซลล์หน่วย โครงสร้างผลึกดังกล่าวโดยทั่วไปมีความละเอียดน้อยลง (ดู "เบลอ" มากขึ้น) อะตอมและพันธะเคมีปรากฏเป็นท่อความหนาแน่นของอิเล็กตรอน แทนที่จะเป็นอะตอมที่แยกจากกัน โดยทั่วไปแล้ว โมเลกุลขนาดเล็กก็ตกผลึกได้ง่ายกว่าโมเลกุลขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์โครงสร้างผลึกด้วยรังสีเอกซ์ได้พิสูจน์แล้วว่าสามารถทำได้แม้กระทั่งกับไวรัสที่มีอะตอมหลายแสนอะตอม[ 5 ]
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแช่แข็ง
ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบไครโอ (cryoEM) ความละเอียดมักจะวัดโดยความสัมพันธ์ของเปลือกฟูริเยร์ (FSC) [ 6 ] ซึ่งเป็นการ ขยายแบบสามมิติของความสัมพันธ์ของวงแหวนฟูริเยร์ (FRC) [ 7 ]ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าฟังก์ชันความสัมพันธ์ความถี่เชิงพื้นที่[ 8 ] FSC คือการเปรียบเทียบการแปลงฟูริเยร์ของแผนที่ศักย์ไฟฟ้าสถิตที่สร้างขึ้นสองแบบที่แตกต่างกัน โดยแต่ละแผนที่สร้างขึ้นจากครึ่งหนึ่งแบบสุ่มของชุดข้อมูลดั้งเดิม
ในอดีต มีความเห็นไม่ตรงกันมากเกี่ยวกับค่าตัดใน FSC ที่จะให้การประมาณความละเอียดที่ดี[ 1 ] [ 9 ]แต่มาตรฐานทองคำ ที่กำลังเกิดขึ้น คือค่าตัด FSC ที่ 0.143 [ 10 ]ค่าตัดนี้ได้มาจากความเทียบเท่ากับมาตรฐานการกำหนดความละเอียดของผลึกศาสตร์รังสีเอกซ์[ 11 ]
การวัดทางประวัติศาสตร์
มีเกณฑ์อื่นๆ อีกมากมายสำหรับการกำหนดความละเอียดโดยใช้เส้นโค้ง FSC รวมถึงเกณฑ์ 3-σ เกณฑ์ 5-σ และเกณฑ์ 0.5 อย่างไรก็ตาม มีการโต้แย้งว่าเกณฑ์ค่าคงที่ (เช่น 0.5 หรือ 0.143) นั้นอิงตามสมมติฐานทางสถิติที่ไม่ถูกต้อง[ 12 ]แม้ว่า 0.143 จะได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความเข้มงวดเพียงพอที่จะไม่ประเมินความละเอียดสูงเกินไป[ 10 ]เกณฑ์ครึ่งบิตบ่งชี้ว่าที่ความละเอียดใดมีข้อมูลเพียงพอที่จะตีความปริมาตรได้อย่างน่าเชื่อถือ และเกณฑ์ 3-σ (ที่แก้ไขแล้ว) บ่งชี้ว่า FSC ปรากฏขึ้นอย่างเป็นระบบเหนือความสัมพันธ์แบบสุ่มที่คาดหวังของสัญญาณรบกวนพื้นหลัง[ 12 ]
ในปี 2550 เกณฑ์ความละเอียดที่ไม่ขึ้นกับ FSC คือ Fourier Neighbor Correlation (FNC) ได้รับการพัฒนาโดยใช้ความสัมพันธ์ระหว่าง Fourier voxels ที่อยู่ใกล้เคียงเพื่อแยกสัญญาณออกจากสัญญาณรบกวน FNC สามารถใช้เพื่อทำนาย FSC ที่มีอคติน้อยลงได้[ 13 ]
ดูเพิ่มเติม
หมายเหตุ
- ^ a b Frank, Joachim (2006). กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสามมิติของการประกอบโมเลกุลขนาดใหญ่: การแสดงภาพโมเลกุลทางชีวภาพในสภาวะดั้งเดิม (ฉบับที่ 2). อ็อกซ์ฟอร์ด: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด. ISBN 978-0-19-518218-7.
- ^ Saha, Ambarneil; Nia, Shervin S.; Rodríguez, José A. (14 กันยายน 2022). "การเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนของผลึกโมเลกุล 3 มิติ" . Chemical Reviews . 122 (17): 13883– 13914. doi : 10.1021/acs.chemrev.1c00879 . ISSN 0009-2665 . PMC 9479085 . PMID 35970513 .
- ^ Huang, Yu-Feng (2007). การศึกษาคุณสมบัติโครงสร้างโปรตีนจากการทำเหมืองและการประยุกต์ใช้ (PDF) (ปริญญาเอก). มหาวิทยาลัยแห่งชาติไต้หวัน. สืบค้นเมื่อ4 พฤศจิกายน 2014 .
- ^โบลว์, เดวิด (20 มิถุนายน 2545). โครงร่างของผลึกศาสตร์สำหรับนักชีววิทยา . นิวยอร์ก: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด . หน้า 196. ISBN 978-0198510512สืบค้นข้อมูลเมื่อ4 พฤศจิกายน 2557
- ^ Hopper, P.; Harrison, SC; Sauer, RT (1984). "โครงสร้างของไวรัสโรคใบด่างพุ่มมะเขือเทศ V. การกำหนดลำดับโปรตีนเปลือกและความหมายเชิงโครงสร้าง" วารสารชีววิทยาโมเลกุล 177 ( 4). Elsevier Ltd.: 701– 713. doi : 10.1016/0022-2836(84)90045-7 . PMID 6481803 .
- ^ฮาราอุซและแวนฮีล, 1986
- ^แวน ฮีล, 1982
- ^แซกซ์ตัน แอนด์ บาวไมสเตอร์, 1982
- ^บอตเชอร์และคณะ, 1997
- ^ a b Scheres, Sjors HW; Chen, Shaoxia (2012-07-29). "การป้องกันการโอเวอร์ฟิตติ้งในการกำหนดโครงสร้างด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบแช่แข็ง" Nature Methods . 9 (9): 853– 854. Bibcode : 2012NatCB...9..853S . doi : 10.1038/nmeth.2115 . ISSN 1548-7105 . PMC 4912033 . PMID 22842542 .
- ^ Rosenthal, Peter B.; Henderson, Richard (31 ตุลาคม 2546). "การกำหนดทิศทางของอนุภาค ทิศทางสัมบูรณ์ และการสูญเสียความคมชัดที่เหมาะสมที่สุดในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบแช่แข็งอนุภาคเดี่ยว"วารสารชีววิทยาโมเลกุล 333 ( 4): 721– 745. doi : 10.1016/j.jmb.2003.07.013 . ISSN 0022-2836 . PMID 14568533 .
- ^ a b van Heel, Marin; Schatz, Michael (2005-09-01). "เกณฑ์ขีดจำกัดความสัมพันธ์ของเปลือกฟูริเยร์" . วารสารชีววิทยาโครงสร้าง . 151 (3): 250– 262. doi : 10.1016/j.jsb.2005.05.009 . ISSN 1047-8477 . PMID 16125414 .
- ^ซูซาและกริกอเรฟฟ์, 2007
ลิงก์ภายนอก
- PDB 101 การดูโครงสร้าง: มติที่ได้รับการจัดเก็บไว้เมื่อวันที่ 14 พฤษภาคม 2013 ที่Wayback Machine
- EMstatsแนวโน้มและการกระจายตัวของแผนที่ในฐานข้อมูล EM (EMDB) เช่น แนวโน้มความละเอียด
- ความละเอียดเชิงโครงสร้างและความหนาแน่นของอิเล็กตรอน
- การเรียนรู้ผลึกศาสตร์
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ความละเอียด (ชีววิทยาโครงสร้าง)
ความละเอียดในบริบทของชีววิทยาเชิงโครงสร้างคือความสามารถในการแยกแยะการมีอยู่หรือไม่มีอยู่ของอะตอมหรือกลุ่มของอะตอมใน โครงสร้าง ชีวโมเลกุลโดยปกติแล้วโครงสร้างจะมาจากวิธีการต่างๆ
การวัดเชิงคุณภาพ
ใน ชีววิทยาเชิงโครงสร้าง ความ ละเอียด สามารถแบ่งออกได้เป็น 4 กลุ่ม: (1) ระดับย่อยอะตอม เมื่อได้รับข้อมูลเกี่ยวกับความหนาแน่นของอิเล็กตรอนและ สามารถศึกษา ผลกระทบควอนตัม ได้ (2) ระดับอะตอม เมื่อมองเห็นอะตอมแต่ละตัวและสามารถสร้างแบบจำลองสามมิติที่แม่นยำได้ (3)...
ผลึกศาสตร์รังสีเอกซ์
เมื่อหน่วยซ้ำของผลึก หรือ เซลล์หน่วย มีขนาดใหญ่ขึ้นและซับซ้อนมากขึ้น ภาพระดับอะตอมที่ได้จากการวิเคราะห์โครงสร้างผลึกด้วยรังสีเอกซ์จะมีความละเอียดน้อยลง (ดู "พร่ามัว" มากขึ้น) สำหรับจำนวนการสะท้อนที่สังเกตได้เท่ากัน โดยทั่วไปแล้ว...
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแช่แข็ง
ใน กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบไครโอ (cryoEM) ความละเอียดมักจะวัดโดย ความสัมพันธ์ของเปลือกฟูริเยร์ (FSC) [ 6 ] ซึ่งเป็นการ ขยายแบบสามมิติของ ความสัมพันธ์ของวงแหวนฟูริเยร์ (FRC) [ 7 ] ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าฟังก์ชันความสัมพันธ์ ความถี่เชิงพื้นที่ [ 8 ] FSC...