给编辑的信
对的响应 `原子分辨率:结构生物学中一个被严重滥用的术语
IUCr生物大分子委员会认可Dauter和Wlodawer给编辑的信中的概念,特别支持制定社区商定的“原子分辨率”和“近原子分辨率”工作定义的想法。 委员会注意到,尽管“分辨率”本身的定义存在局限性,但这些局限性不应妨碍X射线、中子、XFEL、低温电子显微镜和其他社区就信中所建议的“原子分辨率”和“近原子分辨率”这两个术语的使用达成共识。
分辨率限制作为一个概念本身特别容易被滥用。 在过去几年中,Karplus&Diederichs对信息内容的研究(导致了CC的引入 1/2 )已经表明,包含接近分辨率极限的非常微弱和不确定的数据是有利的(Karplus&Diederichs,2015 ). 但包含这些数据的简单事实并不意味着地图分辨率真的达到了这个极限。 这种情况特别适用于XFEL实验,在这些实验中,弱数据通常被包含在显著性极限内(Sauter,2015 ). 这一切表明,最好重新关注“光学分辨率”的概念,也就是说,一张地图能真正解决两个原子之间的差异吗? Dauter博士(罗)在这方面有两篇优秀的论文 等。 2014年 )和Urzhumtsev(Urzhum tseva 等。 , 2013 ). 总之,《致编辑的信》强调了“原子分辨率”和“近原子分辨率”之间的区别。 我认为,即使是表达式中的“分辨率”部分也可能被滥用:仅仅因为我们将数据包含到一定的限制,并不意味着它包含了那个信息内容。
我同情这些作者对使用“原子分辨率”和“近原子分辨率”一词表示的关切。 我同意我们应该将这些词汇标准化,以便它们对科学界有明确的意义。
我同意“决议”一词需要澄清。 首先,单词“high”、“low”或“abover”和“below”的用法本身就模棱两可。 2比3高吗? 就我个人而言,我尽量使用“内部”和“外部”,或者至少使用“高角度”或“低角度”。 这至少是明确的。 是的,如果我们甚至不能就符号约定达成一致,我们肯定会在大小上遇到麻烦。 这就是说,我认为小分子对“原子分辨率”的定义有点苛刻,当涉及到大分子工作时。有任何问题是3.0度的大分子结构可以定位原子吗? 如果没有,那么为什么我们有PDB? 1.2º“谢尔德里克标准”实际上是一个可操作的标准。 这是一个决议 SHELX公司 作品。 我毫不怀疑,如果 SHELX公司 可以通过以下方式求解结构 在2.5º时,这将被视为“原子分辨率”。 那么什么是好的标准呢? 我想听听“分辨率”的光学定义,即“可分辨”的两点之间的最小距离。 这实际上与原子的关系更密切 B 因素比任何其他因素都重要,因为两个相距一定距离的高斯人放松了他们之间的“倾角”。 这是两个原子开始“分解”的点。 该距离为0.8493,即两个高斯函数最大值一半时的全宽,从而得出以下表达式:
0.816值是具有 B 系数设置为零。 这与原子结构很复杂 B 系数,其求积加上~的半高宽( B /14.2) 1/2 但这一点已经没有实际意义,因为你总是可以把 B 因素。 因此,诀窍是信噪比,你想定义一个点,在这个点上,“已解决”和不需要一路锐化贴图之间的差异( E类 值)因噪声而变得无法区分。 冗长的 等。 (2014 )用END/RAPID地图为这项工作奠定了基础。 该扩展可能被称为sharp-END/RAPID映射。 我预计会发生的是,高角度噪声将占主导地位,尖锐END电子密度的信噪比将基本上等于归一化结构因子的信噪比( 通过 Parseval定理)和“分辨率”将是 d日 -间距稍大一点 我 / σ ( 我 )降至零。 “分辨率”与特定原子之间的关系 B 我认为这个因素很重要,因为它突出了地图的不同部分在不同的“分辨率”下是如何存在的(Gicovazzo&Mazzone,2012 ; Lattman,1990年 ). 希望这能提醒你,即使是实现“原子分辨率”也绝不是一张空白支票,让你可以对自己的结构做出任何想要的结论。 真正的科学结论总是来自于明显的质量差异或与对照组的“统计显著”差异。 在前一种情况下,这种“控制”可以是一个领域的长期经验,但在后一种情况中则不然。
我衷心支持兹比格尼夫·道特(Zbigniew Dauter)和亚历山大·瓦洛达尔(Alexander Wlodawer)写给编辑的信。 这也是非常及时的,例如最近在CCP4公告板上讨论“高分辨率”的含义。 如果按字面意思理解,正如信中所指出的那样,“原子分辨率”的含义应该很清楚:能够看到单独的原子。 然而,与以往的研究相比,它似乎越来越多地被用来表示结构的分辨率“高”。 这尤其适用于快速发展的方法,例如通过低温电子显微镜进行单粒子重建和在XFEL进行串行飞秒晶体学(SFX)。 至少,这种“原子分辨率”术语的膨胀令人困惑,因为它失去了意义。 总的来说,我认为没有必要用描述性形容词来标记决议。 一个数字就足够了。 然而,不同的方法使用不同的标准来评估数据的分辨率和质量(完整性、CC 1/2 、NOEs/残留物数量、傅里叶壳系数 等。 ). 两者都很重要,因为两者都决定了最终可以解决的问题。 也正是在这里,我认为需要就如何确保(并证明)数据质量也支持解决方案声明达成共识。 例如,当我们第一次证明SFX可以在XFEL上获得高分辨率结构时,我们知道我们的分辨率确实优于2º,因为我们可以解析二硫化物中的两个S原子(S–S距离为2º)。
在这篇文章中,Wlodawer&Dauter假设所有结构社区都采用“原子分辨率”和“近原子分辨率”等术语的标准定义。 通过这样做,结构论文的读者可以根据报告的主要实验数据的分辨率,对结构的准确性有一个真实的印象。 将结构的准确性与报告的主要数据的分辨率联系起来,将对读者非常有帮助。 然而,挑战在于报告的主要数据分辨率与 根据它们计算的密度图和根据它们确定的结构的精度在用于 并且不能总是用简单的标准或数据限制来有效地表示。
为了说明这一挑战,请考虑本文中提到的X射线和中子晶体学技术。 尽管X射线晶体学仍然是确定生物大分子结构的主要技术,但中子晶体学通常不用于确定新的结构,而是通过定位氢(H)的存在与否来回答悬而未决的科学问题 使用X射线确定结构后的原子或离子(Chen和Langan,2013 ). 根据收集的数据计算得出的电子密度图值为 d日 最小值 <1.2Ω应足够 为了区分氢原子的存在(Sheldrick,1990 )然而,通常不可能对这些原子进行成像(霍华德 等。 , 2004 ). 这可能是由于几个因素造成的,包括高热位移、数据完整性、反射分布的各向异性 或H的弱X射线散射功率。重要的是 d日 最小值 单靠自身并不总是足以预测 电子密度图。 此外,密度图用于 由于模型阶段的使用而产生偏差 因此,这取决于模型的准确性。 使用中的这些限制 d日 最小值 自行预测 当然,中子结晶学的密度图是类似的。
另一方面,人们继续证明,即使在室温下收集的数据达到 d日 最小值 > 2 Å ( 例如 Banco银行 等。 , 2016 ; Gerlits公司 等。 , 2016 ; 克尼蒂拉 等。 , 2015 ; Kwon公司 等。 , 2016 ; 兰根 等。 , 2016 ). 重要的区别是,X射线和中子数据集收集到相同的 d日 最小值 可用于计算具有不同信息内容的密度图。 核密度图中信息含量更高的原因是H的中子散射长度,在核密度图上显示为负波谷(在生物分子中发现的大多数其他原子,如C、N、O、S和P,显示为正峰)(Afonine 等。 , 2010 ). 分子中的氘(D)取代氢原子(称为氘化)进一步增强了分解氢原子或离子的能力(Vandavasi 等。 , 2016 ). 在中子散射长度等于C的核密度图中,D是H大小的两倍的正峰值。进一步提高中子中原子位置的准确性 可以通过联合使用X射线和中子数据集精炼它们的坐标来获得 程序。 有趣的是,X射线中原子的位置 从收集的数据中提炼出特定值 d日 最小值 可以通过将收集的中子数据包含到更大的值 d日 最小值 (亚当斯 等。 , 2009 ).
当研究人员越来越多地使用多种技术来确定和建模生物大分子的结构和动力学时,Wlodawer和Dauter发现需要就标准术语的使用达成一致。 这是一个重要的话题,但也是一个复杂的话题。 定义数据分辨率的挑战及其与 上文讨论的X射线和中子晶体学密度图中,当将其扩大到包括低温电子显微镜和核磁共振时,密度图大大增加,其中数据的分辨率与 地图数量。 然而,这不应妨碍继续探索和开发新技术来测定和建模生物分子,也不应妨碍新的创新方法来结合多种技术的信息,以增强这些模型的完整性和准确性。
Paul Langan感谢Paul Adams、Pavel Afonine、Leighton Coates和Andrey Kovalevsky的有益讨论。
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