R-tekijä

R-tekijä on parametri, jota käytetään röntgenkristallografisin keinoin valmistetun mallin laadun mittarina.

Esittely

R-tekijä (engl. Reliability, R, 'luotettavuus') mittaa röntgenkristallografisesti tuotetun esimerkiksi proteiinirakennemallin luotettavuutta. R-tekijän laskemista edeltävät seuraavat vaiheet:

Ensin röntgendiffraktiodatan pohjalta rakennetaan atomintarkkuinen rakennemalli. Malli ei koskaan valmistu täysin oikean kohteensa (esimerkiksi proteiinin) näköiseksi, vaan siihen tulee virheitä ja poikkeamia datasta. Rakennemallista voidaan laskea, millaista teoreettista dataa se vastaisi. R-tekijä on tämän rakennemallista lasketun teoreettisen datan ja todellisen datan vertailun tulos.

Malli on hyvin onnistunut, jos sen pohjalta laskettu teoreettinen data on lähellä todellista röntgendiffraktiodataa. Mikäli R-tekijän arvo on noin 0,2 (voidaan ilmaista myös 20 %), vastaa malli kohtalaisen hyvin dataa. Mikäli R-tekijä on 0,6, ovat arvot summittaisia eikä malli vastaa millään muotoa todellisuutta. Rakennemallin ja todellisuuden väliset erot johtuvat lähinnä faasiongelmasta, eli siitä, että rakennemallille välttämättömät röntgensäteiden vaiheet on vaikea laskea. Mallin resoluutio vaikuttaa R-tekijään siten, että alhaisella (hyvällä) resoluutiolla saadaan myös alhaisempi R-tekijä.

Käytännössä rakennemalleja joudutaan aina parantelemaan useaan otteeseen ja parannelluille rakenteille lasketaan kullekin uusi R-tekijä. Mikäli uuden mallin R-tekijä on parempi kuin vanhan, on mallin parannus onnistunut. Mikäli R-tekijä sen sijaan on huonontunut, on mallin paranteluyrityksessä jokin mennyt pieleen.

R-tekijän laskeminen

On kehitelty monia erilaisia R-tekijöitä, jotka painottavat eri asioita. Perus R-tekijä lasketaan seuraavan kaltaisesta jakolaskusta:

• ero arvoissa, joiden tulisi olla samat / mitatut arvot

eli matemaattisesti ilmaistuna:

• R = Σ_h,k,l ||F_obs(h,k,l) - |k|F_calc(h,k,l)|| / Σ_h,k,l |F_obs(h,k,l)|

Kaavassa h, k, ja l ovat kiteen koordinaatteja, F_obs-arvot ovat röntgendiffraktiosta havaitut amplitudit ja F_calc-arvot ovat atomimallista lasketut amplitudit.

Erilaisia R-tekijöitä

• R_sym on R-tekijä, jolla tarkastellaan symmetriamolekyylien samankaltaisuutta. Röntgenkristallografiassa kiteessä oletetaan usein tiettyjä koordinaatteja (h, k, l) vastaavan symmetriakoordinaatit (-h, -k, -l), joilla on samat (intensiteetti) arvot. Mikäli mitatuissa arvoissa kuitenkin on eroja, se näkyy R_sym-arvon kasvuna. Erinomainen arvo on noin 0.05, sen sijaan noin 0.2 tarkoittaa, että datassa on erittäin pahoja puutteita.
• R_merge on röntgendiffraktiodatasta lopuksi, kaikkien mittausten jälkeen laskettava R_sym-kaltainen arvo, joka on kuitenkin tilastollisesti luotettavampi.
• R_meas on paranneltu versio kahdesta edellä mainitusta. R_sym- ja R_merge-arvoilla on tapana kasvaa mittausten lisääntyessä, ja niiden tilastollisessa uskottavuudessa on ongelmia.
• R_deriv tai R_diff tai R_iso on vaiheongelman ratkaisemisessa käytettävä R-tekijä, joka mittaa amplitudien muuttumista ja raskaiden atomien läsnäoloa rakenteessa. Samankaltainen on myös R_anom-tekijä, jota käytetään, kun vaiheita määritetään anomaalisen sironnan avulla. Myös R_λ on samankaltainen R-tekijä, jossa lasketaan amplitudit suhteessa eri aallonpituuksiin (λ = aallonpituus).
• R_Free on R-tekijä, jolla seurataan tavallisen R-tekijän arvon kehittymistä. Pelkkä R-tekijän tarkkailu ilman R_Free-tekijää voi viedä rakennemallin väärille urille.

Lähteet

Blow, D. Outline of Crystallography for Biologists. Oxford University Press, 2002.