Sudut Hamburan X-Ray kecil Protein menggunakan S3-Mikro Kamera SAXS dari Hecus

Topik Covered

Pengenalan
Apa SAXS / SWAXS?
Ikhtisar
Eksperimental
Hasil
Kesimpulan

Pengenalan

Hecus X-Ray System , didirikan pada tahun 1992, secara tradisional khusus pada solusi sistem yang inovatif untuk X-Ray analisis struktur nano. Fokus yang kuat pada sudut-kecil sinar-X metode - Otto-Kratky warisan - melayani masyarakat luas peneliti dan insinyur, yang membutuhkan SAXS dan teknik terkait sebagai alat praktis dan dapat diandalkan dalam praktek laboratorium menantang mereka, dan yang ingin menggunakan teknik secara rutin.

Apa SAXS / SWAXS?

Kecil dan Wide-Angle X-ray Hamburan (S / WAXS) adalah non-invasif teknik analisis untuk menyelidiki struktur bahan non-kristalin atau sebagian kristal. Kedua domain supra-atau makromolekul serta jarak interatomik dalam molekul kecil atau kristal diselidiki.

Bidang Aplikasi:

• Polimer
• Kristal Cair
• Bubuk & Formulasi Krim
• Biopolimer
• Biomaterial
• Katalis
• Nanomaterials
• Coatings & Film

Ikhtisar

Sudut hamburan sinar-X kecil protein - atau nanopartikel pada umumnya - dalam larutan telah terbukti menjadi metode yang berharga untuk (nano) karakterisasi struktural dan parameterisasi seperti ukuran dan bentuk. Parameter yang paling menonjol adalah jari-jari partikel dari Rg rotasi, nilai yang berhubungan dengan ukuran partikel dan yang dapat dengan mudah diekstraksi dari bagian dalam dari sebuah kurva SAXS:

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

dengan I menjadi intensitas tersebar dari sampel, q vektor hamburan timbal balik (terkait dengan sudut hamburan 2θ) dan saya (0) menjadi intensitas diekstrapolasi ke sudut nol. Hubungan antara q (unit metrik timbal balik, nm Å ^-1 atau ^-1) dan 2θ (°, satuan sudut) diberikan oleh q 4π λ = (sinθ) /, dengan 2θ menjadi sudut hamburan sehubungan dengan balok insiden dan λ panjang gelombang dalam Å nm atau sinar X-ray digunakan.

Eksperimental

Sebuah solusi dari protein dibuat dengan melarutkan bubuk lyophilized dari sapi protein (serum) albumin (BSA dari SIGMA bahan kimia, St.Louis, MO) dalam 10 mM PBS-buffer (pH = 8,0). Konsentrasi akhir adalah 15 mg / ml (1,5%). Kecil-sudut hamburan sinar-X (SAXS) pengukuran ini solusi protein dan buffer masing-masing dilakukan dengan S3-Mikro HECUS kamera SAXS terpasang sistem Xenocs pengiriman Microbeam (Cu-target, panjang gelombang λ = 1,54 Å dan FOX3D-optik ), beroperasi pada daya 50 aperture W. masuk celah vertikal ditetapkan untuk 200 pM menghasilkan fluks 1,5 * 10 ⁷ foton / s. Sampel cair diisikan ke kuarsa kapiler berdiameter 1 mm dan diukur pada 20 ° C selama 2000 s. biasanya Sebelum pengukuran intensitas sinar relatif primer dan transmisi X-ray dari sampel diukur dengan dioda pin. Para SAXS-pola direkam dengan detektor posisi 1D linear sensitif (1024 piksel dengan 54 piksel lebar pM) dalam q-jangkauan hingga 0,6 Å ^-1. Balok insiden utama adalah diblokir oleh beamstopper disesuaikan bermotor (2 mm W) yang terletak di depan detektor. Kalibrasi skala q-(mengubah nilai pixel menjadi nilai-q) dilakukan dengan bubuk Ag-behenate yang memiliki dikalibrasi d-spacing dari 58,38 Data A. Baku pengolahan kurva hamburan (latar belakang pengurangan setelah normalisasi) dilakukan dengan data primer EasySWAXS evaluasi program ( HECUS ) dan data diolah itu kemudian dianalisis dengan paket program ATSAS 2.3. (D. Svergun, EMBL, Hamburg).

Hasil

Dalam Gambar 1 bagian dalam kurva SAXS BSA dalam buffer (I (q) _s) dan buffer (I (q) _b) yang akan ditampilkan. Relatif balok intensitas primer dan waktu pemaparan adalah sama dalam kedua pengukuran karena itu koreksi latar belakang hanya dilakukan dengan pengurangan dan normalisasi oleh mereka transmisi T _s dan T _b, masing-masing.

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

Umumnya, untuk solusi protein diencerkan transmisi larutan sampel dan buffer akan hampir sama, dalam kasus tertentu dan Ts Tb adalah 0,32.

Gambar 1. SAXS-kurva dari BSA 1,5% dalam buffer (merah), buffer (hijau) dan BSA-buffer (biru), diperbesar ke bagian dalam (0 <q <0,2 Å ^-1).

Gambar 2. Guinier-plot kurva SAXS BSA 1,5%. Nilai 29,2 Å untuk R _g diperoleh dari lereng dalam q-batas ditampilkan q q _min dan _maks 0,018 <q <0,05 Å dengan R _g * q _max yang 1,5, ^-1.

Gambar 2. menunjukkan SAXS-kurva 1,5% BSA diplot dalam bentuk linierisasi dari persamaan 2, yang disebut Guinierplot ln (I (q)) vs q ^2. Kemiringan linear adalah berbanding lurus dengan R _g ^2, sehingga nilai _g R 29,2 ± 0,3 Å untuk partikel.

Latar belakang ini dikoreksi Data SAXS dalam ruang timbal balik telah fouriertransformed ke real-ruang, menerapkan program GNOM 4,5 (ATSAS paket). Parameter input hanya untuk prosedur ini adalah _min dan _max q q nilai kurva SAXS-dan a-priori D diperkirakan nilai _maks, ukuran nilai maksimum sampai dengan yang fungsi real-ruang yang sedang dihitung. Estimasi D _max dihubungkan dengan nilai _min q tersedia dari kurva hamburan oleh q _min <π / D _max. Akibatnya kita mendapatkan fungsi real-ruang yang disebut p (r)-fungsi atau jarak-fungsi distribusi (lihat Gambar 3), yang merupakan karakteristik untuk bentuk partikel, ukuran dan kerapatan elektron homogenitas internal.

Gambar 3. Jarak fungsi distribusi BSA 1,5% dalam larutan diperoleh dari kurva SAXS-dalam kisaran q-of 0,026 <q <0,3 Å ^-1 menggunakan GNOM program. Ukuran partikel maksimum adalah sekitar 100 Å (dimana fungsi pendekatan 0). Nilai 29,3 ± 0,6 Å untuk Rg diperoleh dari fungsi-(r) p, yang pada dasarnya adalah sama seperti yang diperoleh secara independen dari plot Guinier-dalam ruang timbal balik.

Bentuk simulasi resolusi rendah dari SAXS-data yang dilakukan menerapkan DAMMIN Program (ATSAS 2,3 paket). Program ini upaya untuk menemukan bentuk 3-dimensi dengan algoritma tertentu dengan mencari sebuah benda berbentuk yang secara teoritis kurva hamburan dihitung sesuai dengan salah satu eksperimen diperoleh. Tidak a-priori asumsi dibuat. Gambar. 4 menunjukkan hasil dari salah satu run. Ini harus ditekankan bahwa model yang diperoleh adalah resolusi spasial rendah dan hanya satu dari banyak kemungkinan model yang cocok dengan kurva hamburan eksperimental dalam kisaran-q eksperimental terbatas. Prosedur yang biasa sekarang akan melakukan banyak berjalan simulasi bentuk pada kurva SAXS-percobaan yang sama karena setiap hasil dijalankan dalam bentuk model yang sedikit berbeda. Sebuah 'rata-rata' model kemudian dapat diekstraksi dengan melakukan rata-rata spasial atas semua model dihitung.

Gambar 4. Bentuk simulasi struktur resolusi rendah BSA dari kurva SAXS-menggunakan program DAMMIN (satu run). Lingkaran terbuka (biru) adalah percobaan SAXS-data, garis hijau (bertepatan dengan merah satu, karena itu tidak terlihat) adalah dipasang SAXS-kurva yang diperoleh dari GNOM dan garis merah merupakan simulasi SAXS-kurva dari model yang ditampilkan di bagian kanan gambar.

Kesimpulan

Perkiraan ukuran dan bentuk protein dapat dengan cepat diperoleh dengan sistem SAXS S3-mikro menggunakan larutan protein dari 1 - 2%. Namun untuk evaluasi yang lebih akurat dari parameter ini diperlukan konsentrasi yang lebih rendah. Biasanya ini dilakukan dalam percobaan seri konsentrasi dengan mengukur SAXS-kurva di berbeda (dan lebih rendah) konsentrasi protein dan ekstrapolasi SAXScurves kemudian ke nol-konsentrasi.

Sumber: Hecus Sistem X-Ray

Untuk informasi lebih lanjut tentang sumber ini silakan kunjungi Hecus Sistem X-Ray .