Kleine en Wide Angle X-ray scattering Studies van biologische macromoleculen in oplossing
Summary
De demonstratie van de kleine en grote hoek X-ray scattering (SWAXS) procedure is van fundamenteel belang in de studie van biologische macromoleculen. Door het gebruik van de instrumenten en procedures van specifieke hoek methoden en voorbereiding, de experimentele gegevens van de SWAXS toont de atomaire en nanoschaal karakterisering van macromoleculen.
Abstract
In dit artikel wordt het midden-en Wide Angle X-ray Scattering (SWAXS) analyse van macromoleculen aangetoond door middel van experimenten. SWAXS is een techniek waarbij röntgenfoto elastisch zijn verspreid door een niet-homogene monster in de nm-bereik bij kleine hoeken (typisch 0,1 – 5 °) en brede hoeken (typisch> 5 °). Deze techniek geeft informatie over de vorm, grootte en verdeling van macromoleculen, kenmerkend afstanden gedeeltelijk bevolen materialen, poriegrootte en oppervlakte-volume verhouding. Kleine hoek X-ray scattering (SAXS) kan leveren structuurinformatie van macromoleculen tussen 1 en 200 nm, terwijl Wide Angle X-ray scattering (WAXS) kunnen nog kleinere afstand Bragg monsters oplossing tussen 0,33 en 0,49 nm nm op basis van de specifieke systeeminstellingen en detector. De afstand wordt bepaald door de wet van Bragg en is afhankelijk van de golflengte en invalshoek.
In een experiment SWAXS kunnen de materialen worden vasteof vloeibaar zijn en kan vast, vloeibaar of gasvormig domeinen (zogenaamde deeltjes) van hetzelfde of een ander materiaal in elke combinatie. SWAXS toepassingen zijn zeer breed en omvat colloïden van alle soorten: metalen, composieten, cement, olie, polymeren, kunststoffen, eiwitten, voedingsmiddelen en farmaceutische producten. Voor vaste monsters wordt de dikte beperkt tot ongeveer 5 mm.
Het gebruik van een lab-based SWAXS instrument wordt beschreven in dit artikel. Met de beschikbare software (bijv. GNOM-ATSAS 2,3 pakket door D. Svergun EMBL-Hamburg en EasySWAXS software) voor de SWAXS systeem kan een experiment worden uitgevoerd om bepaalde parameters die van belang vast te stellen voor de gegeven monster. Een voorbeeld van een biologisch macromolecuul experiment is de analyse van 2 gew% lysozym in een op water gebaseerde waterige buffer die kan worden gekozen en bereid door een groot aantal methoden. De voorbereiding van het monster volgt de onderstaande richtlijnen bij de voorbereiding van de Sample sectie. SWAXS door experimenten,belangrijke structurele parameters van lysozym, de gyratiestraal bijvoorbeeld, kunnen worden geanalyseerd.
Protocol
Representative Results
Discussion
De vergelijkende procedure van het SWAXS systeem kunnen verschillende variabelen worden bepaald uit experimentele analyse. De parameters die worden verkregen uit de analyse kan worden gebruikt voor verschillende doeleinden volgens de steekproef en experimentele opstelling. SAXS geeft informatie over nano-schaal grootte en vorm van het object, terwijl WAXS richt zich op de atomaire en micro-schaal structuur (bijvoorbeeld een moleculair rooster, eenheidscel dimensie symmetrie). Meer in het bijzonder voor deeltjes…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We willen graag Dr Manfred Kriechbaum van Hecus XRS en het Instituut voor Biofysica en Nanosystemen Onderzoek dank aan de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen in Graz, Oostenrijk. LL en XW werden mede ondersteund door US Department of Energy, onder NERI-C Award No DE-FG07-07ID14889, en de Amerikaanse Nuclear Regulatory Commission, onder Award No NRC-38-08-950. De SWAXS instrument wordt ook mede ondersteund door US Department of Energy, onder Award nr. DE-NE0000325.
Materials
| Name of the products | Company |
| The System3 Small- and Wide-Angle X-Ray Scattering (SWAXS) Camera | Hecus XRS and IBN, Graz, Austria |
| GNOM | ATSAS 2.3 package by D. Svergun EMBL-Hamburg |
References
- Bernadó, P., Blackledge, M. Structural biology: Proteins in dynamic equilibrium. Nature. 468, 1046-1048 (2010).
- Zhang, F., Skoda, M. W. A., Jacobs, R. M. J., Martin, R. A., Martin, C. M., Schreiber, F. Protein Interactions Studied by SAXS: Effect of Ionic Strength and Protein Concentration for BSA in Aqueous Solutions. J. Phys. Chem. B. 111, 251-259 (2007).
- Maranas, J. K. The effect of environment on local dynamics of macromolecules. Current Opinion in Colloid & Interface Science. 12, 29-42 (2007).
- Stribeck, N. . X-Ray Scattering of Soft Matter. , (2007).
- Mertens, H. D., Svergun, D. I. Structural characterization of proteins and complexes using small-angle X-ray solution scattering. J. Struct. Biol. 172 (1), 128 (2010).
- Svergun, D. I. Small-angle X-ray and neutron scattering as a tool for structural systems biology. Biol. Chem. 391 (7), 737 (2010).
- Putnam, C. D., Hammel, M., Hura, G. L., Tainer, J. A. X-ray solution scattering (SAXS) combined with crystallography and computation: defining accurate macromolecular structures, conformations and assemblies in solution. Quat. Rev. Biophys. 40, 191-285 (2007).
- Bonini, M., Fratini, E., Baglioni, P. SAXS study of chain-like structures formed by magnetic nanoparticles. Materials Science & Engineering C-Biomimetic and Supramolecular Systems. 27 (5-8), 1377-1381 (2007).
- Falletta, E., Ridi, F., Fratini, E., Vannucci, C., Canton, P., Bianchi, S., Castelvetro, V., Baglioni, P. A tri-block copolymer templated synthesis of gold nanostructures. Journal of Colloid and Interface Science. 357 (1), 88-94 (2011).
- Glatter, O., Scherf, G., Schillen, K., Brown, W. Characterization of a Poly(ethylene oxide) Poly(propylene oxide) Triblock Copolymer (EO(27)-PO39-EO(27)) in Aqueous-Solution. Macromolecules. 27 (21), 6046-6054 (1994).
- Mittelbach, R., Glatter, O. Direct structure analysis of small-angle scattering data from polydisperse colloidal particles. Journal of Applied Crystallography. 31, 600-608 (1998).
