Techniklexikon

isomorphe Substitution

Verfahren aus der Kristallstrukturanalyse von Makromolekülen zur Lösung des Phasenproblems auf der Basis von Molekülvarianten mit zielgerichtet eingefügten schweren Atomen. Kristalle von Biomakromolekülen sind zwar oft morphologisch einwandfrei, ihr Grad der molekularen Unordnung ist aber so hoch, dass bedeutend weniger Reflexe pro Atom mit ausreichender Genauigkeit ausgemessen werden können als im Falle der Kristalle niedermolekularer Verbindungen. Die Diffraktionsdaten des Ursprungskristalls reichen in der Regel nur zur Bestimmung der Kristallsymmetrie (Raumgruppe), des Ausmasses der Elementarzelle und eines Sets von Streuungsamplituden.

Bei dieser Methode werden gezielt schwere Atome hinzugefügt, z.B. durch Anlagerung von Xenon in hydrophoben Oberflächeninvaginationen (hydrophobe Oberflächenregion) oder intramolekularen Höhlen, oder vorhandene leichte Atome durch schwere Atome ersetzt. Danach wird die Kristallzüchtung mit Varianten des Ausgangsmoleküls wiederholt. Die durch die schweren Atome erzeugten deutlichen Beugungen und der Vergleich mit der Streuung des Ausgangskristalls erlauben mit Hilfe numerischer Verfahren deren genaue räumliche Lokalisierung innerhalb der Elementarzelle. Aus der Lage der schweren Atome kann nun eine Elektronendichteverteilung des gesamten Kristalls abgeschätzt werden. Letztere dient schliesslich zur Konstruktion eines molekularen Modells, welches schrittweise durch den Vergleich zwischen errechneten und beobachteten Streuungsintensitäten verfeinert wird.