Aux petits angles diffusion des rayons X des protéines en utilisant S3-Micro caméra SAXS partir Hecus

Thèmes abordés

Présentation
Quel est SAXS / SWAXS?
Aperçu
Expérimentale
Résultats
Conclusion

Présentation

Hecus X-Ray Systems , fondée en 1992, est traditionnellement spécialisée sur les solutions innovantes pour l'analyse de nanostructures X-Ray. Le fort accent mis sur les petits angles de rayons X des méthodes - le patrimoine Otto Kratky - sert une large communauté de chercheurs et d'ingénieurs, qui ont besoin de SAXS et des techniques connexes comme des outils pratiques et fiables dans leurs pratiques de laboratoire difficiles, et qui veulent utiliser les techniques de routine.

Quel est SAXS / SWAXS?

Les petites et Grand-Angle X-ray Scattering (S / WAXS) sont des techniques non invasives d'analyse pour étudier la structure des matériaux non-cristallins ou partiellement cristallins. Tant le domaine supra-ou macromoléculaire ainsi que les distances interatomiques dans les petites molécules ou de cristaux sont étudiées.

Domaines d'application:

• Polymères
• Cristaux liquides
• Poudres et formulations de crème
• Biopolymères
• Biomatériaux
• Catalyseurs
• Nanomatériaux
• Coatings & Films

Aperçu

Petit angle de diffraction des rayons X des protéines - ou de nanoparticules en général - en solution s'est avérée être une méthode utile pour leur (nano) la caractérisation structurale et de paramétrage, comme la taille et la forme. Le paramètre le plus important est le rayon de la particule de Rg gyration, une valeur qui se rapporte à la taille de la particule et qui peut être facilement extrait de la partie intérieure d'une courbe de SAXS:

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

I étant l'intensité diffusée par l'échantillon, q le vecteur de diffusion réciproque (lié à l'angle 2θ de diffusion) et I (0) étant l'intensité extrapolée à l'angle nul. La relation entre q (réciproque unités métriques, nm ^-1 ou ^-1) et 2θ (°, les unités angulaire) est donnée par q = 4π (sin) / λ, avec 2θ étant l'angle de diffusion par rapport au faisceau incident et λ la longueur d'onde en nm ou une partie de l'utiliser faisceau de rayons X.

Expérimentale

Une des solutions de la protéine préparée en dissolvant la poudre lyophilisée de la protéine de bovin (sérum) albumine (BSA auprès de Sigma Chemicals, St. Louis, MO) dans 10 mM PBS (pH = 8,0). La concentration finale était de 15 mg / ml (1,5%). Aux petits angles diffusion des rayons X (SAXS) des mesures de cette solution de protéine et de la mémoire tampon respectives a été réalisée avec un HECUS S3-Micro caméra SAXS fixé un système de livraison XENOCS microfaisceau (Cu-cible, de longueur d'onde λ = 1,54 Å et FOX3D-optique ), fonctionnant à une puissance de 50 W. L'ouverture d'entrée fente verticale a été fixé à 200 um résultant en un flux de 1,5 * 10 ⁷ photons / s. Les échantillons liquides ont été remplis en quartz capillaires de 1 mm de diamètre et mesurée à 20 ° C pendant typiquement 2000 s. Avant les mesures de l'intensité du faisceau primaire et relatives à la transmission des rayons X des échantillons a été mesuré avec une diode PIN. Le SAXS-modèles ont été enregistrés avec un détecteur de position 1D linéaires sensibles (1024 pixels avec 54 um pixels de largeur) dans un q-portée jusqu'à 0,6 Å ^-1. Le faisceau incident primaire a été bloqué par un beamstopper motorisé réglable (2 mm W) situé en face du détecteur. Calibrage de la Q-Scale (conversion des valeurs de pixel en q-valeurs) a été faite avec la poudre de Ag-béhénate qui a une distance d calibré de données A. 58,38 Raw de traitement des courbes de dispersion (soustraction de fond après normalisation) a été fait avec l'EasySWAXS données primaires d'évaluation de programme ( HECUS ) et les données traitées ont ensuite été analysés avec le progiciel ATSAS 2.3. (D. Svergun, l'EMBL, Hambourg).

Résultats

Dans Fig.1 la partie intérieure de la courbe SAXS de BSA dans un tampon (I (q) _s) et de la mémoire tampon (I (q) _b) sont affichés. Relative intensité du faisceau primaire et le temps d'exposition étaient les mêmes dans les deux mesures donc la correction de fond a été fait simplement par soustraction et en normalisant par leur transmission T _s et T _b, respectivement.

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

Généralement, pour des solutions diluées de protéines de la transmission de la solution de l'échantillon et le tampon sera presque la même chose, dans ce cas particulier et Ts tuberculose ont été de 0,32.

Figure 1. SAXS-courbes de la BSA à 1,5% dans un tampon (rouge), de la mémoire tampon (vert) et de BSA-tampon (bleu), zoom sur la partie intérieure (0 <q <0,2 Å ^-1).

Figure 2. Guinier-tracé de la courbe SAXS de BSA à 1,5%. Une valeur de 29,2 Å pour R _g est obtenu à partir de la pente dans le _q-min montré les limites q et q _max de 0,018 <q <0,05 Å ^-1, avec R _g * Q _max étant de 1,5.

Fig 2. montre la courbe SAXS de 1,5% de BSA tracées sous la forme de la linéarisée de l'équation 2, le soi-disant Guinierplot ln (I (q)) vs q ^2. La pente linéaire est directement proportionnel à R ² _g, résultant en une valeur de 29,2 _g de R ± 0,3 Å pour la particule.

Ces données SAXS fond corrigée dans l'espace réciproque ont été fouriertransformed dans l'espace réel, l'application du programme GNOM 4.5 (paquet ATSAS). Le paramètre d'entrée uniquement pour cette procédure sont les _min q et q les valeurs _max de la SAXS-courbe et l'a-priori estimé D _max valeur, une valeur de taille maximale jusqu'à laquelle la fonction de l'espace réel est calculé. L'estimation de D _max est connecté avec la valeur q disponibles _min de la courbe de dispersion par q _min <π / D _max. En conséquence, nous obtenons la fonction de l'espace réel que l'on appelle P (R)-fonction ou à distance la fonction de distribution (voir Fig.3), ce qui est caractéristique pour la forme de la particule, la taille et l'homogénéité interne de densité d'électrons.

Figure 3. Fonction de distribution à distance de la BSA à 1,5% dans la solution obtenue à partir de la courbe SAXS dans le q-gamme de 0,026 <q <0,3 Å ^-1 en utilisant les GNOM programme. La taille maximale des particules est d'environ 100 Å (où la fonction tend vers 0). Une valeur de 29,3 ± 0,6 Å pour RG a été obtenu à partir de la p (r)-fonction, qui est fondamentalement la même que elle a été obtenue indépendamment de la Guinier-plot dans l'espace réciproque.

Une simulation à basse résolution la forme de la SAXS-données a été fait application de la DAMMIN programme (2,3 ATSAS paquet). Ce programme tente de trouver une forme en 3 dimensions par un certain algorithme en recherchant un objet façonné dont la courbe de dispersion théorique calculée correspond celui obtenu expérimentalement. Aucune des hypothèses a priori ont été faites. Fig. 4 montre le résultat de l'un de ces courir. Il doit être souligné que le modèle obtenu est de faible résolution spatiale et est seulement un des nombreux modèles possibles qui s'adapte à la courbe de dispersion expérimentale dans la limite expérimentale q-gamme. La procédure habituelle serait maintenant d'effectuer des simulations de nombreuses pistes forme sur le même protocole expérimental SAXS courbe des résultats, car chaque lancer dans une forme de modèle légèrement différent. Une «moyenne» du modèle peut alors être extraite en faisant une moyenne spatiale sur l'ensemble des modèles calculés.

Figure 4. Simulation de la forme de la BSA à faible résolution de la structure de SAXS-courbe en utilisant le programme (une course) DAMMIN. Les cercles ouverts (en bleu) sont les expérimentale SAXS-données, la ligne verte (qui coïncide avec la Red One, donc non visible) est le SAXS-équipée courbe obtenue à partir GNOM et la ligne rouge représente la courbe simulée SAXS du modèle présenté dans la partie droite de la figure.

Conclusion

Une estimation de la taille de la protéine et la forme peut être rapidement obtenue avec le système de micro-S3 SAXS utilisant une solution de protéine de 1 - 2%. Toutefois, pour une évaluation plus précise de ces paramètres des concentrations plus faibles sont nécessaires. Habituellement, cela se fait dans une expérience série de concentrations en mesurant SAXS-courbes à différentes concentrations de protéines (et moins) et l'extrapolation des SAXScurves puis à zéro de concentration.

Source: Hecus X-Ray Systems

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