用于膜蛋白结构分析和从头建模的小角中子散射实验中的对比匹配洗涤剂

该方法有助于回答有关整离子膜蛋白的关键问题，如寡聚状态、其大小、整体形状和溶液中的低分辨率结构。膜蛋白的溶液研究需要稳定分子，如洗涤剂。该技术的优点是使洗涤剂不可见，并突出显示膜蛋白的信号。

这种技术的影响延伸到许多生物和医学研究问题，因为超过1/3的蛋白质存在于膜中，在那里它们执行许多重要的细胞功能。这种方法的视觉演示至关重要，因为很难学习铀标记和中子散射步骤，因为很少有机构提供这些技术方面的培训。首先，使用 Web 应用程序 MULCh 确定中子散射长度密度或 SLD，该模块用于分析对比度变化数据。

单击位于左侧导航窗格中的对比度，打开对比度模块。提供项目标题的文本，并输入以下两个组件的详细信息，作为子单元 1 和子单元 2。在公式文本框中输入每个组件的分子公式。

然后输入音量下方框中每个组件的立方焦虑的体积。最后，输入缓冲区组件的详细信息。单击提交以执行中子对比度计算。

生成结果页，该页提供散射长度密度和对比度匹配点的表，以及用于在缓冲区中任何给定的 D2O 百分比确定这些参数的公式。查看散射参数，特别注意组件对比度匹配点。生长大肠杆菌细胞，在LB介质中为目标蛋白序列提供可识别的表达载体，以600纳米或约1的OD 600达到光学密度。

通过稀释LB培养物一至二十毫升的最小介质，将大肠杆菌细胞调整为标记介质，然后扩大规模，以过度表达脱白的蛋白质。在生长到大约 1 的 OD 600 后，使用含有 50、75 和 100%D2O 的最小介质重复 1 到 20 次稀释。一旦适应，继续生长在生物反应器中的培养，以提高脱化细胞质量的产量。

随着 D2O 内容的增加，增长率将下降。继续收获，细胞和纯化细胞，如文本协议中描述的。接下来，使用快速蛋白质液相色谱系统，平衡具有大于两列最终交换缓冲液的尺寸排除柱。

注射样本后，以与感兴趣的蛋白质对应的分离分数运行列。为小角度中子散射或 SANS 背景减法保留匹配缓冲液。要收集 SANS 数据，请先将样品和缓冲液加载到石英电池中。

确保光束快门闭合后，接近样品环境区域，将石英电池放在样品更换器中。记录每个样本单元的样本更改器位置。在离开样品环境区域之前，检查该区域并确保光束路径没有障碍物。

然后打开光束快门。执行表扫描以进行自动数据收集。按照中子散射科学家提供的仪器操作说明进行操作。

使用 Mantid 绘图软件和 Python 脚本将 SANS 数据从 2D 图像缩减到 1D 绘图。为此，请登录到远程分析群集，然后从命令行执行 Mantid 绘图。然后打开提供的用户缩减脚本，并在相应的列表中将样本的相应扫描编号或标识放在缓冲区对中。

执行脚本以在指定位置以四列文本文件生成缩减的数据。右键单击适当的工作空间和 Mantid 绘图，并选择有错误的绘图，以初始检查散射轮廓。下载 ATSAS 软件套件，并使用 PRIMUS 进行数据绘制、缓冲区缩放和减法以及 Guinier 分析。

启动 ATSAS、SAS 数据分析应用程序，并加载与样本和缓冲区对对应的缩减数据文件。要正确缩放缓冲区，请选择高 Q 中的数据范围，其中两个配置文件在平面中相似，然后单击操作选项卡下的缩放按钮。增加数据范围以查看所有点，单击"减法"以执行此操作。

使用 SAS 数据分析应用程序的分析选项卡对缓冲区减去的样本数据执行 Guinier 分析。请确保在列表中选择了正确的文件，然后单击旋转半径。单击自动 RG 按钮即可自动尝试执行 Guinier 拟合。

扩展用于包括所有低 Q 数据的数据范围，并开始通过带走高 Q 点来缩小数据范围，直到 Q 最大时间 RG 限制低于 1.3。使用残差图验证数据在拟合范围内是否为线性。对拟合区域进行小调整，并监视这些值对拟合中使用的数据范围的灵敏度。

获取侏儒中R的概率分布函数P。现在，在分析选项卡中启动距离分布向导。获得与数据良好的拟合对于获得质量模型至关重要。

确定Dmax，分子内的最大原子间距离。通过取消选中框以强制 Rmax 等于零并输入 Dmax 的大值来估计 Dmax 的值。R P 图中的第一个 X 截取产生此估计值。

对此 Dmax 值进行增量更改，以及用于优化侏儒拟合数据和 R 曲线 P 的点数的数据范围。从 SAS 数据分析分析选项卡上的水坝按钮启动 PRIMUS 形状向导，并使用手动选择的参数。定义 Guinier 范围从拟合，然后使用导航按钮继续执行下一步。

从 R 图的 P 定义拟合值，然后继续执行下一步。为 ab 启动建模过程提供参数。然后使用提交按钮启动进程。

使用 ATSAS 中的 supcomb 将最终无包络与相关的高分辨率模型叠加和叠加。将高分辨率 PDB 模型的副本放在工作目录中，以适合 SANS 信封。然后使用 PDB 文件名作为两个参数从命令行执行 supcomb，并首先列出模板结构。

最后使用 PyMOL（3D 分子图形查看程序）可视化 ab initio 模型结果。一旦叠加了 SANS 包络和高分辨率结构，这些模型就可以使用任何分子图形查看程序进行可视化。将显示 PyMOL 可视化过程的概述。

在 PyMOL 中打开 PDB 结构文件后，模型应在 PyMOL 查看器窗口中可见。可以使用每个文件名旁边的 S 按钮更改每个模型的表示形式。此处用于 SANS 包络的表面表示，卡通表示用于高分辨率模型的蛋白质骨干。

可以从"C"按钮下提供的选项中选择合适的配色方案。对于蛋白质链，链弓着色提供从 N 到 C 的色梯度，以帮助解释。透明度应用于表面表示，以便更好地可视化包络中的蛋白质结构。

对于出版物图像，建议使用白色背景。应用这些可视化提示后，可以通过单击并拖动结构来检查 3D 结构。可以执行透视和分子旋转和平移的操作。

在尝试此程序时，必须记住将洗涤剂头和尾部组中的中子对比度与 D2O H2O 溶剂准确匹配。该技术开发后，为探索膜内阿斯巴托蛋白酶的结构铺平了道路。这些蛋白质参与免疫反应，丙型肝炎和阿尔茨海默病。

不要忘记，在生化实验室和中子束设施工作可能是危险的。执行本程序时，必须采取佩戴个人防护设备以及遵守所有设施安全规则和放射张贴等预防措施。