The usage and control of recent modifications of the program package XDS for the processing of rotation images are described in the context of previous versions. New features include automatic determination of spot size and reflecting range and recognition and assignment of crystal symmetry. Moreover, the limitations of earlier package versions on the number of correction/scaling factors and the representation of pixel contents have been removed. Large program parts have been restructured for parallel processing so that the quality and completeness of collected data can be assessed soon after measurement.

BiopolymersVolume 22, Issue 12 p. 2577-2637 Article Dictionary of protein secondary structure: Pattern recognition of hydrogen-bonded and geometrical features Wolfgang Kabsch, Wolfgang Kabsch Biophysics Department, Max Planck Institute of Medical Research, 6900 Heidelberg, Federal Republic of GermanySearch for more papers by this authorChristian Sander, Christian Sander Biophysics Department, Max Planck Institute of Medical Research, 6900 Heidelberg, Federal Republic of GermanySearch for more papers by this author Wolfgang Kabsch, Wolfgang Kabsch Biophysics Department, Max Planck Institute of Medical Research, 6900 Heidelberg, Federal Republic of GermanySearch for more papers by this authorChristian Sander, Christian Sander Biophysics Department, Max Planck Institute of Medical Research, 6900 Heidelberg, Federal Republic of GermanySearch for more papers by this author First published: December 1983 https://doi.org/10.1002/bip.360221211Citations: 10,752AboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinked InRedditWechat Abstract For a successful analysis of the relation between amino acid sequence and protein structure, an unambiguous and physically meaningful definition of secondary structure is essential. We have developed a set of simple and physically motivated criteria for secondary structure, programmed as a pattern-recognition process of hydrogen-bonded and geometrical features extracted from x-ray coordinates. Cooperative secondary structure is recognized as repeats of the elementary hydrogen-bonding patterns “turn” and “bridge.” Repeating turns are “helices,” repeating bridges are “ladders,” connected ladders are “sheets.” Geometric structure is defined in terms of the concepts torsion and curvature of differential geometry. Local chain “chirality” is the torsional handedness of four consecutive Cα positions and is positive for right-handed helices and negative for ideal twisted β-sheets. Curved pieces are defined as “bends.” Solvent “exposure” is given as the number of water molecules in possible contact with a residue. The end result is a compilation of the primary structure, including SS bonds, secondary structure, and solvent exposure of 62 different globular proteins. The presentation is in linear form: strip graphs for an overall view and strip tables for the details of each of 10.925 residues. The dictionary is also available in computer-readable form for protein structure prediction work. Citing Literature Volume22, Issue12December 1983Pages 2577-2637 RelatedInformation

An algorithm has been developed for the automatic interpretation of a given set of observed reciprocal-lattice points. It extracts a reduced cell and assigns indices to each reflection by a graph-theoretical implementation of the local indexing method. All possible symmetries of the observed lattice compatible with the metric of the reduced cell are recognized and reported, together with the unit-cell constants and the linear index transformation relating the conventional to the reduced cell. This algorithm has been incorporated into the program XDS [Kabsch (1988). J. Appl. Cryst. 21 , 916–924], which is now able to process single-crystal area-detector data without prior knowledge of the symmetry and the unit-cell constants.

A simple procedure is derived which determines a best rotation of a given vector set into a second vector set by minimizing the weighted sum of squared deviations. The method is generalized for any given metric constraint on the transformation.

Important steps in the processing of rotation data are described that are common to most software packages. These programs differ in the details and in the methods implemented to carry out the tasks. Here, the working principles underlying the data-reduction package XDS are explained, including the new features of automatic determination of spot size and reflecting range, recognition and assignment of crystal symmetry and a highly efficient algorithm for the determination of correction/scaling factors.

A Fortran program has been developed for the reduction of single-crystal diffraction data from a sequence of adjacent rotation pictures recorded at a fixed X-ray wavelength by an electronic area detector. The electronic pictures (data frames) covering the first 5° of crystal rotation are used to locate strong diffraction spots and to estimate the background. The orientation of the crystal is derived automatically from the list of observed spots and all parameters describing the diffraction pattern are refined. The only input required from the user is the specification of the space group, approximate cell dimensions and detector setting. When the initialization step is finished the program goes back to the first picture and evaluates all data frames in the order they arrive from the measurement. Each element of an electronic picture (pixel) is labelled by the indices of the nearest reflection using the current refined parameters describing the diffraction geometry. If the pixels close to its nearest reflection the counts contribute to the three-dimensional profile; otherwise the counts are used to update the background. Each profile is represented as if the reflection had followed the shortest path through the Ewald sphere and had been recorded on the surface of the sphere. Reflections close to the Ewald sphere are kept in a hash table to allow rapid access for updating the profiles. Reflections which have completely passed through the Ewald sphere are removed from the table and saved for further processing. Intensities are estimated by fitting their profiles to an average shape learned from strong neighbouring reflections. Smoothly varying scaling factors are applied to the Lp-corrected intensities which minimize discrepancies between symmetry-related reflections and fit to a reference data set if available.

A method is discussed for obtaining the best proper rotation to relate two sets of vectors.

The crystal structure of the H-ras oncogene protein p21 complexed to the slowly hydrolysing GTP analogue GppNp has been determined at 1.35 A resolution. 211 water molecules have been built into the electron density. The structure has been refined to a final R-factor of 19.8% for all data between 6 A and 1.35 A. The binding sites of the nucleotide and the magnesium ion are revealed in high detail. For the stretch of amino acid residues 61-65, the temperature factors of backbone atoms are four times the average value of 16.1 A2 due to the multiple conformations. In one of these conformations, the side chain of Gln61 makes contact with a water molecule, which is perfectly placed to be the nucleophile attacking the gamma-phosphate of GTP. Based on this observation, we propose a mechanism for GTP hydrolysis involving mainly Gln61 and Glu63 as activating species for in-line attack of water. Nucleophilic displacement is facilitated by hydrogen bonds from residues Thr35, Gly60 and Lys16. A mechanism for rate enhancement by GAP is also proposed.