Kleine und Wide Angle X-Ray Scattering Studium der biologischen Makromolekülen in Lösung
Summary
Die Demonstration der kleinen und Weitwinkel-Röntgenstreuung (SWAXS) Verfahren hat sich in der Studie von biologischen Makromolekülen instrumental. Durch die Verwendung der Instrumente und Verfahren der spezifische Winkel Methoden und Zubereitung, zeigt die experimentellen Daten der SWAXS die atomare und nanoskalige Charakterisierung von Makromolekülen.
Abstract
In diesem Papier wird Klein-und Weitwinkel-X-ray Scattering (SWAXS) Analyse von Makromolekülen durch Experimentieren unter Beweis gestellt. SWAXS ist eine Technik, bei der Röntgenstrahlen elastisch durch eine inhomogene Probe im nm-Bereich bei kleinen Winkeln (typischerweise 0,1 – 5 °) verteilt sind und große Winkel (typischerweise> 5 °). Diese Technik liefert Informationen über die Form, Größe und Verteilung der Makromoleküle charakteristischen Abstände der teilweise geordneten Materialien, Porengrößen und Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis. Small Angle X-ray Scattering (SAXS) fähig ist, liefert strukturelle Informationen von Makromolekülen zwischen 1 und 200 nm, wohingegen Weitwinkel Röntgenkleinwinkelstreuung (WAXS) kann auch kleinere Bragg Abstands von Samples zwischen 0,33 nm und 0,49 nm aufzulösen basierend auf dem spezifischen System-Setup und Detektor. Der Abstand wird vom Braggschen bestimmt und hängt von der Wellenlänge und Einfallswinkel.
In einer SWAXS Experiment können die Materialien festoder flüssig sein und darf feste, flüssige oder gasförmige Domänen (sogenannte Teilchen) aus dem gleichen oder einem anderen Material in einer beliebigen Kombination. SWAXS Anwendungen sind sehr breit und umfassen Kolloiden aller Art: Metalle, Verbundwerkstoffe, Zement, Öl, Polymere, Kunststoffe, Proteine, Lebensmittel und Pharmazeutika. Für feste Proben wird die Dicke auf ungefähr 5 mm begrenzt.
Die Verwendung von einem Labor-basierte SWAXS Instrument wird in diesem Papier beschrieben. Mit der verfügbaren Software (zB GNOM-ATSAS 2,3 Paket von D. Svergun EMBL-Hamburg und EasySWAXS Software) für die SWAXS System kann ein Experiment durchgeführt, um bestimmte Parameter von Interesse für die gegebene Probe zu bestimmen. Ein Beispiel für ein biologisches Makromolekül Experiment ist die Analyse von 2 Gew.% Lysozym in einer auf Wasser basierenden wässrigen Puffer, der gewählt werden kann und hergestellt durch zahlreiche Methoden. Die Vorbereitung der Probe folgt den Richtlinien unten in der Vorbereitung der Probe Abschnitt. Durch SWAXS Experimentieren,Wichtige Strukturparameter von Lysozym, zB der Gyrationsradius, analysiert werden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die vergleichende Prozedur des SWAXS System ermöglicht zahlreiche Variablen aus experimentellen Analyse bestimmt werden. Die Parameter, die aus der Analyse erreicht werden kann für verschiedene Zwecke gemäß der Probe und Versuchsaufbau verwendet werden. SAXS liefert Informationen über nanoskaligen Größe und Form des Objekts, während WAXS konzentriert sich auf die atomaren und Mikromaßstab Struktur (zB Molekülgitter, Elementarzelle Dimension Symmetrie). Genauer gesagt, für Partikel in verdünnten Lös…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken Herrn Dr. Manfred Kriechbaum der Hecus XRS und dem Institut für Biophysik und Nanosystemforschung an der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Graz, Österreich bedanken. LL und XW wurden zum Teil durch US-Department of Energy unterstützt unter NERI-C-Award DE-FG07-07ID14889 und US Nuclear Regulatory Commission, unter Preis-Nr NRC-38-08-950. Die SWAXS Instrument wird zum Teil auch durch die US Department of Energy unterstützt unter Awards 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).
