Verbesserte Modellierung mit Röntgenkristallografie
Bei der Röntgenstrukturbestimmung gibt der R-Faktor an, wie gut ein gegebenes Modell mit experimentellen Daten übereinstimmt. Je tiefer der Prozentsatz, desto konsistenter ist das Modell mit den beobachteten Daten. Bei biologischen Makromolekülen wird noch mit hohen R-Faktoren gearbeitet, es sind also genauere Modelle der makromolekularen Kristallstruktur erforderlich. Vor diesem Hintergrund wurde das EU-finanzierte Projekt SOUPINMYCRYSTAL (How can we improve our models of biological macromolecules to reproduce experimental crystallographic X-ray intensities better?) ins Leben gerufen. Die Struktur wird anhand der Beugung von Röntgenstrahlung durch die kristallinen Atome in verschiedene Richtungen bestimmt. Durch Messung von Winkel und Intensität dieser gebeugten Strahlen setzen die Wissenschaftler ein dreidimensionales Bild der Elektronendichte innerhalb des Kristalls zusammen und erstellen so ein Modell des kristallisierten Moleküls. Makromolekulare Kristalle enthalten jedoch große Bereiche mit ungeordnetem Lösungsmittel – ein Gemisch aus Ionen, Puffern und Wasser. Diese beeinflussen die gemessene Reflexionsintensität und führen so zu einem weniger genauen Modell. Zunächst stellten die Wissenschaftler sicher, dass sich weder der verwendete Detektor zur Aufzeichnung der Röntgendaten noch das spezifische Programm zur Berechnung des Modells auf die Strukturbestimmung auswirkten. Das Lösungsmittel der makromolekularen Kristalle verursachte jedoch eine erhebliche Streuung, und die Modellierung dieses Verhaltens führte zu R-Faktor-Verbesserungen von bis zu 4 %. Außerdem erforschten die Wissenschaftler des Konsortiums alternative Qualitätsindikatoren für den R-Faktor, die von den Gesamteigenschaften des Kristallgitters weniger abhängig sind. Die im SOUPINMYCRYSTAL-Projekt geleistete Arbeit soll insgesamt zu besseren Makromolekülmodellen und zuverlässigeren biologischen Schlussfolgerungen führen. Insbesondere die Strukturbestimmung von Membranproteinen und großen makromolekularen Komplexen wird nicht mehr durch eine geringe Auflösung beeinträchtigt.
Schlüsselbegriffe
Röntgenkristallografie, Modell, Struktur, R-Faktor, Makromolekül, Lösungsmittel
