蛋白质通过使用动态光散射的结晶审查使用从 Malvern 仪器的设备

包括的事宜

背景
     蛋白质水晶增长
     第二个 Virial 系数
     第二个 Virial 系数的评定
     第二个 Virial 系数和最佳的晶体成长
第二个 Virial 系数的问题关联确定
     动态光散射
     动态光散射和颗粒大小确定
     动态光散射和汇总
动态光散射和结晶审查
内前列腺素我审查
     动态光散射和内前列腺素我审查
Zetasizer 纳诺系统

背景

在 20 世纪 90 年代初,动态光散射 (DLS)被引入作为为结晶学的一个审查工具。 在过去十年中 DLS 在此角色变得广泛接受,并且动态光散射仪器定期地现在集成 X-射线结晶学实验室。 然而一种常见的误解,是 DLS 可能告诉一个哪些范例可能产生水晶。 实际上, DLS 更加适当地使用作为为筛选出是不太可能产生水晶的范例的一个工具。 在此条款上,我们解决在这些点上的细微的区别,并且检查光散射技术的值作为水晶审查工具。

蛋白质水晶增长

确定在晶体结构的解决方法的这种费率步骤识别优质晶体成长的最佳条件。 有一许多生成的 “汤”试剂从哪些优质水晶增长。 然而,所有处方倾向于是蛋白质特定,并且,当修改偏爱的混合配合一个新的蛋白质目标是标准途径,多半时,运气在优质蛋白质水晶的生成扮演重大的作用。

第二个 Virial 系数

第二个 virial 系数 (a)2 是描述在蛋白质和这种溶剂之间的一种热力学性质交往力量。 对蛋白质溶剂系统与 A2 > 0,蛋白质 “喜欢这种溶剂”更比本身并且倾向于是可溶解的。 当 A2 = 0,溶剂被描述作为希腊字母的第八字溶剂,表明微粒溶剂交往力量与微粒微粒交往力量是等同的。 当 A2 << 0,蛋白质 “喜欢自己”更比时这种溶剂,和倾向于综合到无定形的沉淀物。 然而时当2 A 是轻微负的,条件对蛋白质晶体成长是理想的在饱和浓度 (图 1)。

图 1. 晶体成长作为第 2 个 virial 系数 (a) 功能的成功率2

第二个 Virial 系数的评定

使用静态光散射技术,第 2 个 virial 系数典型地 (SLS)被评定。 用于的 Rayleigh 表达式描述分散从微粒的光小于入射光的波长在式 1 产生,其中 K 是一个光学常数, C 是微粒浓度, M 是重均分子量, A2 是第 2 个 virial 系数,并且 Rè 是 Rayleigh 比分散与入射光强度。

(1)

如明显在式 1, KC/Rè 应该是线性的与浓度,与截住等于与 1/M 和与 A. 是按比例的倾斜。2

第二个 Virial 系数和最佳的晶体成长

使用第 2 个 virial 系数作为最佳的晶体成长情况的一个审查参数是由威尔逊等首先建议,定义结晶视窗成 -0.8 x 10-4 > A2 > -8.0 x 10-4 (mol mL/g)2。 此结晶视窗或水晶槽在表 2 被显示作为区域 II,显示溶菌酶的静态光散射结果以不同的盐含量在乙酸缓冲 (酸碱度 4)。

图 2. 溶菌酶的 Debye 剧情以在乙酸缓冲的不同的 NaCl 含量在酸碱度 4。 灰色显示在区域 II,定义了结晶槽, -0.8 x 10-4 > A2 > -8.0 x 10。-4

第二个 Virial 系数的问题关联确定

当 crystallographers 享受成功使用结晶视窗设立最佳方案条件、评定的数量,并且需时 (向上 2 时数) 时,评估2 一种唯一溶剂的 A 可以是有问题的,特别地为寻找一个高处理量途径的那些对蛋白质水晶审查。

动态光散射

DLS 是补充的对静态光散射的技术,并且可以执行在时间表被评定在分钟而不是几小时。 在 DLS,分散强度波动在 µs 时间表间被监控然后关联。 强度波动是微粒行动的结果,并且在相关分析的被评定的属性是扩散率的配电器。 使用升火爱因斯坦等式 (Eq,这个范围然后被计算。 2),其中 RH 是这条水力半径, k 是伯磁曼常数, T 是这个温度, ç 是溶解的黏度,并且 D 是扩散率。

(2)

Dynamic Light Scattering and Particle Size Determination

Figure 3 shows a representative particle size distribution determined using DLS. Since the scattering intensity is ~ proportional to the particle molecular weight, DLS is very sensitive to aggregation and large impurities, even at low concentrations.

Figure 3. Representative DLS intensity particle size distribution.

As such, the technique is ideally suited for distinguishing samples that are unlikely to yield high quality crystals, due to the presence of impurities or non-specific aggregates, i.e. solutions residing in zone III of a Debye plot (Figure 2) where A2 << 0.

Dynamic Light Scattering and Aggregation

Figure 4 shows a comparison of the types of aggregation observed at both high and low concentration for typical protein samples, along with typical size distributions measured using DLS. The rule of thumb target for crystal screening using DLS is ~20% polydispersity (Pd), i.e. if the Pd < ~20% the sample is considered to be an ideal single population with no aggregates present. If the Pd > 20% on the other hand, the presence of non-specific aggregates, various oligiomeric states, and/or impurities decreases the likelihood of high quality crystal generation.

Figure 4. Schematic showing the types of aggregation observed at low and high concentration for typical protein samples. The A2 区域是在 Debye 剧情详述的那些显示在图 2 上,并且大小分布是为每个区域评定的那些的代表以用于静态和动态光散射评定的稀释浓度。 注意 %Pd = (多分散性索引) ½ x 100。

动态光散射和结晶审查

如图 4 所显示, DLS 可以用于筛选 2 出于是不太可能导致优质晶体成长的 3 个解决方法条件,即抽样与大杂质和范例与 A <2 -8.0 x 10 mol-4 mL/G。 一般2虽则, DLS 不可能与那些区分范例在区域我,其中蛋白质太可溶解的以至于不能生产水晶,在区域 II (结晶槽) 内,其中条件为优质水晶生成是最佳的。 另一方面,晶体成长固有地是汇总进程,以及同样,研究员一般探查这个限定范围在区域之间 II 和 III,而不是这个限定范围在区域之间我和 II。 因此,而 DLS 可能不是银色项目符号研究员希望它是,它仍然执行在其能力的重要作用筛选出是不太可能生产优质水晶的范例。

内前列腺素我审查

工厂细胞的中断的一个公用结构由致病性 microbials 的是果胶的酶降低在细胞壁的由内前列腺素我,葡基化的微生物水解酶。 在最近研究中, Kato 等能解决内前列腺素的三份表单晶体结构我从 Stereum purpureum - 二条糖链子,内前列腺素集成电路的内前列腺素 Ia,与四个糖链子和 非内前列腺素 Ia,内前列腺素 Ia 的非葡基化的 表单 研究员无法明确酵素,与三个糖链子每蛋白质和报告的困难的内前列腺素 Ib 的第四份表单,在获得酵素的内前列腺素集成电路表单的质量水晶。

动态光散射和内前列腺素我审查

前水晶为我在稀释情况下设想包括的 DLS 描述特性的内前列腺素学习。 这个研究的 DLS 结果在表 5 显示,指示多分散性值为 7.4%, 14.9% 和 21.2% 三份蛋白质表单的水晶获得和 29.1% 表单的没有能生产水晶。 这些结果与 DLS 水晶审查的 ~20% Pd 概测法是一致的。

图 5. DLS 结果 (Pd = 多分散性) 从内前列腺素的四份表单的前水晶描述特性我和水晶照片。 获得和 29.1% 没有能生产水晶的表单的。 这些结果与 DLS 水晶审查的 ~20% Pd 概测法是一致的。

Zetasizer 纳诺系统

从 Malvern 仪器的 Zetasizer 纳诺系统是包括硬件和软件的第一个商业契约联合的动态,静态和电泳光散射评定的。 大范围范例属性可用为与 Zetasizer 纳诺系统的评定包括,颗粒大小、分子量和 Zeta 潜在。

Zetasizer 纳诺系统特别地被设计符合低浓度和范例数量要求典型地与配药和生物化子的应用相关,以及胶质应用的高浓度需求。 满足需求的此唯一混合通过一个背景散射的光学系统和一个新颖的细胞房间的设计的综合化是实现的。 作为这些功能结果,样本大小的 Zetasizer 纳诺说明和浓度超出那些其他商业可用的动态光散射仪器的。

图 6. Malvern 仪器 Zetasizer 纳诺系统。

注意: 参考一个完整集可以通过是指源文档获得。

来源: “动态光散射 - 蛋白质水晶审查的银色项目符号?”,由 Malvern 仪器的应用注解。

关于此来源的更多信息请参观 Malvern 有限公司 (英国) 仪器Malvern 仪器 (美国)

Date Added: May 13, 2005 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 01:13

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