Ángulo pequeño dispersión de rayos X de proteínas utilizando S3-Micro-Cámara de SAXS Hecus

Los temas cubiertos

Introducción
¿Qué es SAXS / SWAXS?
Información general
Experimental
Resultados
Conclusión

Introducción

Hecus sistemas de rayos X , fundada en 1992, es tradicionalmente especializada en soluciones de sistemas innovadores para el análisis de nanoestructuras X-Ray. El fuerte énfasis en un pequeño ángulo de rayos X de los métodos - la herencia de Otto-Kratky - sirve a una amplia comunidad de investigadores e ingenieros, que necesitan SAXS y técnicas relacionadas como instrumentos prácticos y confiables en sus prácticas de laboratorio un reto, y que quieren usar la técnicas de rutina.

¿Qué es SAXS / SWAXS?

Pequeña y gran angular dispersión de rayos X (S / WAXS) son técnicas no invasivas de análisis para investigar la estructura de los materiales no cristalinos o parcialmente cristalina. Tanto en el ámbito supra-o macromolecular, así como las distancias interatómicas en pequeñas moléculas o cristales que se investiga.

Campos de aplicación:

• Polímeros
• Cristales Líquidos
• Polvos y formulaciones de crema
• Biopolímeros
• Biomateriales
• Catalizadores
• Nanomateriales
• Revestimientos y películas

Información general

Ángulo pequeño dispersión de rayos X de las proteínas - o de las nanopartículas en general - en la solución ha demostrado ser un método valioso para su (nano) caracterización estructural y parametrización, como el tamaño y forma. El parámetro más importante es el radio de la partícula de Rg giro, un valor que se relaciona con el tamaño de la partícula y que puede ser fácilmente extraído de la parte interior de una curva de SAXS:

I (q) ~ I (0) * exp (-q ² * R _g ² / 3) (1)

con lo que la intensidad dispersada por la muestra, q el vector de dispersión recíproca (en relación con el ángulo de dispersión 2θ) y I (0) es la intensidad extrapolado al cero ángulo. La relación entre q (recíproco unidades métricas, ^nm-1 o ^A-1) y 2θ (°, unidades angulares) está dada por q = 4π (sinθ) / λ, con 2θ es el ángulo de dispersión con respecto al haz incidente y λ la longitud de onda en nm o una parte de la utilizada haz de rayos X.

Experimental

A las soluciones de la proteína preparada por la disolución del polvo liofilizado de las especies bovina proteína (suero) de albúmina (BSA de Sigma Chemicals, St. Louis, MO) en 10 mM PBS (pH = 8,0). La concentración final fue de 15 mg / ml (1,5%). Un pequeño ángulo de rayos X (SAXS) mediciones de esta solución de proteína y la memoria correspondiente se llevó a cabo con un HECUS S3-Micro cámara SAXS adjunta un sistema Xenocs microbeam entrega (Cu-objetivo, la longitud de onda λ = 1,54 Å y FOX3D óptica ), que funciona a una potencia de 50 W. La abertura vertical rendija de entrada se establece en 200 m resultando en un flujo de 1.5 * 10 ⁷ fotones / s. Las muestras de líquido se llena en capilares de cuarzo de 1 mm de diámetro y se mide a 20 ° C durante por lo general 2000 s. Antes de las mediciones de la intensidad relativa del haz principal y la transmisión de rayos X de las muestras se midió con un pin del diodo. El SAXS patrones fueron registrados con un detector de posición lineal 1D sensible (1024 píxeles con 54 micras de píxel de ancho) en un q-alcance de hasta 0,6 ^A-1. El haz incidente principal fue bloqueado por un beamstopper motorizado ajustable (2 mm W), ubicado en frente del detector. Calibración de la escala q (conversión de los valores de píxeles en valores de Q) se hizo con el polvo de Ag-behenato que tiene un calibrado d-espacio de 58,38 A. datos crudos de procesamiento de las curvas de dispersión (sustracción de fondo después de la normalización) se hizo con los datos primarios EasySWAXS programa de evaluación ( HECUS ) y los datos procesados ​​fueron analizados con el paquete de programas ATSAS 2.3. (D. Svergun, EMBL, Hamburgo).

Resultados

En la figura 1 la parte interior de las curvas de SAXS de BSA en tampón (I (q) _s) y de la memoria intermedia (I (q) _b) se muestran. Intensidad relativa del haz principal y tiempo de exposición son los mismos en ambas mediciones por lo tanto, la corrección de fondo se ha hecho simplemente por sustracción y la normalización de su transmisión T _s y _b T, respectivamente.

I (q) = I (q) _s / T _s - I (q) _b / T _b (2)

En general, las soluciones de proteínas diluido la transmisión de la solución de la muestra y el tampón será casi el mismo, en este caso en particular y Ts Tb era 0.32.

Figura 1. SAXS curvas de BSA 1,5% en tampón (rojo), de la memoria intermedia (verde) y de BSA-buffer (azul), el zoom en la parte interna (0 <q <0,2 Å ^-1).

Figura 2. Guinier-gráfica de la curva de SAXS BSA 1,5%. Un valor de 29,2 Å de I _g se obtuvo de la pendiente dentro de la muestra _min q-q límites y _máximo de 0,018 q <q <0,05 a ^1, con R _g * q _máximo de 1,5.

Fig. 2. muestra la curva de SAXS-de 1,5% de BSA representan en la forma linealizada de la ecuación 2, la llamada Guinierplot ln (I (q)) vs q ^2. La pendiente lineal es directamente proporcional a R ² _g, lo que resulta en un valor de R _g de 29,2 ± 0,3 Å de la partícula.

Estos antecedentes han corregido los datos de SAXS en el espacio recíproco se han fouriertransformed en el espacio real, la aplicación del programa GNOM 4.5 (paquete ATSAS). El parámetro de entrada único para este procedimiento son los _minutos q ya q los _valores máximos de la curva de SAXS y el a priori el valor estimado de la densidad _máxima, un valor de tamaño máximo por el que se realiza la función del espacio real calculado. La estimación de la densidad _máxima está relacionado con el valor _mínimo disponible q de la curva de dispersión por q _min <π / D _max. Como resultado se obtiene la función del espacio real de la llamada p (r)-función de la distancia o la distribución de funciones (ver Fig. 3), que se caracteriza por la forma de la partícula, el tamaño y la homogeneidad interna de densidad electrónica.

Figura 3. Función de la distancia de distribución de 1,5% de BSA en solución obtenida a partir de la curva de SAXS-q en el rango de 0,026 <q <0,3 ^A-1 usando el GNOM programa. El tamaño máximo es de aproximadamente 100 Å (donde la función se aproxima a 0). Un valor de 29,3 ± 0,6 Å para RG se obtuvo de la p (r)-función, que es básicamente la misma que se obtuvo de forma independiente de la Guinier de parcelas en el espacio recíproco.

Una simulación de la forma de resolución de baja de la SAXS de datos se hizo aplicando el programa de DAMMIN (ATSAS 2.3 del paquete). Este programa intenta encontrar una forma 3-dimensional de un determinado algoritmo de búsqueda de un objeto en forma de teoría, cuya curva calculada dispersión se ajusta el obtenido experimentalmente. No se asume a priori se hicieron. Fig. 4 muestra el resultado de una de ejecutar este tipo. Hay que destacar que el modelo obtenido es de baja resolución espacial y es uno de los muchos posibles modelos que se ajusta a la curva de dispersión experimental en el experimental limitada q alcance. El procedimiento habitual sería ahora para llevar a cabo varias ejecuciones de simulaciones de forma experimental en la misma curva de SAXS-porque cada uno resultados de la ejecución en forma de modelo ligeramente diferente. Un "promedio" modelo puede ser extraída haciendo un promedio espacial sobre todos los modelos calculados.

Figura 4. Forma de simulación de la BSA de baja resolución de la estructura de SAXS-curva con el programa de DAMMIN (una carrera). Los círculos abiertos (azul) son los datos de SAXS experimentales, la línea verde (que coincide con el rojo, por lo tanto no visible) es el que van equipados SAXS-curva obtenida a partir GNOM y la línea roja representa la simulación de SAXS la curva del modelo que se muestra en la parte derecha de la figura.

Conclusión

Una estimación del tamaño de la proteína y la forma se puede obtener rápidamente con el sistema S3-micro SAXS con una solución de proteína de 1 - 2%. Sin embargo, para una evaluación más precisa de estos parámetros concentraciones más bajas son necesarios. Normalmente esto se hace en un experimento de concentraciones mediante la medición de las curvas de SAXS a diferentes concentraciones de proteínas (y menor) y la extrapolación de los SAXScurves luego a cero la concentración.

Fuente: Hecus sistemas de rayos X

Para más información sobre esta fuente, por favor visite Hecus sistemas de rayos X .