जैव-आणविक संरचना निर्धारण
यह कैसे प्राप्त किया जाता है कि प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड के परमाणु-संकल्प आकार कैसे प्राप्त किए जाते हैं, अणुओं को विवर्तित, प्रकीर्णित या चित्रित करके और संकेत से एक मॉडल का पुनर्निर्माण करके।
Definition
जैव-आणविक संरचना निर्धारण प्रायोगिक विधियों का एक समूह है जो विवर्तन, अनुनाद या इमेजिंग डेटा से जैविक मैक्रोमोलेक्यूल्स के त्रि-आयामी परमाणु निर्देशांक प्राप्त करता है।
Scope
यह विषय प्रमुख संरचना-निर्धारण विधियों—एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी, परमाणु चुंबकीय अनुनाद, और क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी—के भौतिक आधार का वैचारिक स्तर पर सर्वेक्षण करता है: प्रत्येक क्या भौतिक मात्रा मापता है, प्रत्येक में क्या नमूना और क्या सीमाएँ शामिल हैं, और डेटा से एक त्रि-आयामी मॉडल कैसे बनाया जाता है। विस्तृत उपकरण बायोफिजिकल-तकनीकों के क्षेत्र से संबंधित हैं; यहाँ ध्यान प्रयोग से संरचना तक जाने के तर्क पर है।
Core questions
- प्रत्येक प्रमुख विधि कौन सा भौतिक संकेत मापती है, और यह संरचना को कैसे एन्कोड करती है?
- क्रिस्टलोग्राफी, एनएमआर और क्रायो-ईएम विभिन्न अणुओं और स्थितियों के लिए क्यों उपयुक्त हैं?
- एक संरचना का प्राप्त करने योग्य संकल्प क्या निर्धारित करता है?
- एक परमाणु मॉडल को प्रायोगिक डेटा के अनुरूप कैसे फिट किया जाता है और मान्य किया जाता है?
Key theories
- विवर्तन और चरण समस्या
- एक क्रिस्टल का विवर्तन पैटर्न प्रकीर्णित तरंगों के आयाम देता है लेकिन उनके चरण नहीं; चरणों को पुनः प्राप्त करना केंद्रीय बाधा है, और एक बार हल हो जाने पर यह एक इलेक्ट्रॉन-घनत्व मानचित्र उत्पन्न करता है जिसमें एक मॉडल बनाया जाता है।
- एकल-कण पुनर्निर्माण
- क्रायो-ईएम यादृच्छिक अभिविन्यास में समान कणों के कई शोर वाले द्वि-आयामी अनुमानों को रिकॉर्ड करता है और उन्हें कम्प्यूटेशनल रूप से एक त्रि-आयामी घनत्व में जोड़ता है, एक ऐसा दृष्टिकोण जिसका संकल्प प्रत्यक्ष डिटेक्टरों के साथ नाटकीय रूप से सुधरा।
Mechanisms
क्रिस्टलोग्राफी में, एक्स-रे एक क्रिस्टल के व्यवस्थित इलेक्ट्रॉनों से प्रकीर्णित होते हैं, और मापी गई तीव्रताएँ—चरणों को पुनः प्राप्त करने के बाद—एक इलेक्ट्रॉन-घनत्व मानचित्र में फूरियर-रूपांतरित होती हैं। एनएमआर में, नाभिक की अनुनाद आवृत्तियाँ और थ्रू-स्पेस कपलिंग अंतर-परमाणु दूरियों की रिपोर्ट करती हैं जो घोल में संरचना को बाधित करती हैं। क्रायो-ईएम में, इलेक्ट्रॉन फ्लैश-फ्रोजन एकल कणों से प्रकीर्णित होते हैं जिनके कई प्रक्षेपण चित्रों को संरेखित और औसत करके एक घनत्व में परिवर्तित किया जाता है। प्रत्येक मामले में एक परमाणु मॉडल को डेटा के अनुरूप परिष्कृत किया जाता है और समझौते के आँकड़ों और स्टीरियोकेमिकल सत्यापन द्वारा मूल्यांकन किया जाता है।
Clinical relevance
दवा लक्ष्यों और रोग-संबंधी मैक्रोमोलेक्यूल्स की निर्धारित संरचनाएँ संरचना-आधारित दवा डिजाइन और उत्परिवर्तन की व्याख्या का आधार बनती हैं; यहाँ की विधियाँ नैदानिक सिफारिशें प्रदान किए बिना उस कार्य के लिए शैक्षिक पृष्ठभूमि प्रदान करती हैं।
History
एक्स-रे विश्लेषण ने 1950 के दशक के अंत में पहली प्रोटीन संरचनाएँ, मायोग्लोबिन और हीमोग्लोबिन दीं; घोल एनएमआर ने 1980 के दशक से अपनी मूल अवस्था में अणुओं के लिए संरचना निर्धारण का विस्तार किया; और 2010 के दशक की क्रायो-ईएम संकल्प क्रांति, प्रत्यक्ष इलेक्ट्रॉन डिटेक्टरों द्वारा सक्षम, बड़े परिसरों की लगभग-परमाणु संरचनाओं को नियमित बना दिया।
Key figures
- John Kendrew
- Max Perutz
- Kurt Wüthrich
- Richard Henderson
Related topics
Seminal works
- kendrew1958
- kuhlbrandt2014
Frequently asked questions
- क्रिस्टलोग्राफी में चरण समस्या क्यों महत्वपूर्ण है?
- एक विवर्तन प्रयोग तीव्रता को रिकॉर्ड करता है, जो तरंग आयाम देता है लेकिन चरणों को खो देता है; चरणों के बिना इलेक्ट्रॉन-घनत्व मानचित्र की गणना नहीं की जा सकती है, इसलिए उन्हें पुनः प्राप्त करना एक संरचना को हल करने के लिए आवश्यक है।
- क्या एक एकल संरचना यह दर्शाती है कि एक अणु कैसे गति करता है?
- पूरी तरह से नहीं; अधिकांश विधियाँ एक प्रतिनिधि संरचना या समूह उत्पन्न करती हैं, और गति को पकड़ने के लिए अतिरिक्त गतिशीलता माप की आवश्यकता होती है, यही कारण है कि संरचनात्मक और गतिशील अध्ययन पूरक हैं।