Para muchas macromoléculas, una etapa de purificación final utilizando cromatografía se requiere antes de la recolección de datos SAXS para obtener un buen conjunto de datos de calidad. Sin embargo, no todas las muestras se mantienen estables; que pueden ser propensos a la agregación o re-equilibración a una mezcla de estados de oligomerización. Por lo tanto, se requiere una etapa de purificación final en línea en la línea de luz para minimizar el tiempo entre la purificación y la recopilación de datos con el fin de obtener los datos SAXS mejor calidad. Dependiendo de las propiedades biofísicas de la proteína de interés, SEC-SAXS o IEC-SAXS pueden ser elegidos para obtener una calidad óptima de la muestra. Aquí, en una construcción de proteína derivada de la helicasa / primasa D5, ambas técnicas se explican y discuten.
Adquisición de datos SEC-SAXS se está convirtiendo cada vez más estandarizado y está disponible en muchas líneas de luz BioSAXS. Análisis de los datos, especialmente la sustracción del fondo, es relativamente sencillo y fácil. Sin embargo, una señal de amortiguación establesy la separación suficiente de las especies macromoleculares sigue siendo esencial. Por lo tanto, es crítico para reservar el tiempo suficiente para equilibrar la columna a fondo. El fallo de este método puede ser debido a los contaminantes persistentes de tamaño similar a la proteína de interés, las concentraciones bajas, y tampones sensibles a la radiación.
En la práctica, inicialmente, SEC-SAXS es probable que se utilicen como el método de elección para la mayoría de las muestras macromoleculares. Sin embargo, muchos protocolos de purificación requieren una etapa de IEC antes debido a la presencia de contaminantes o agregación. Dado que cada etapa de concentración y la cromatografía se asocia con pérdidas de muestra (estimado en 30 a 50%) y el tiempo, directa IEC-SAXS es ventajoso. Para las muestras que no se pueden purificar por SEC, ya sea debido a la presencia de "contaminantes" de tamaño similar o porque severamente agregado a las concentraciones necesarias, IEC-SAXS siempre sería el mejor enfoque adecuado. Además, los caudales más altos compatiblespor el número de columnas de IEC pueden ayudar a reducir el tiempo de tránsito entre la purificación y la medición. En el ejemplo que aquí se presenta, IEC se utilizó con una etapa de elución, lo que permite la separación de los estrechos picos de D5 323-785 de contaminantes eligiendo cuidadosamente las etapas de concentración de sal. En principio, el número de pasos es ilimitado, pero en la práctica, se requiere al menos 1 paso por el pico, y no demasiados debe ser elegido. Para el método de sustracción de fondo se ha descrito anteriormente, es crucial para medir un número relativamente alto de diferentes composiciones de amortiguamiento con el fin de encontrar el juego.
Un inconveniente común de las dos técnicas es la falta de información precisa la concentración de proteína. Debido a esto, la determinación de masas precisa basada en la dispersión hacia delante no es posible. Para las proteínas globulares como D5 323 a 785, el volumen Porod ofrece una alternativa, aunque menos precisa estimación, la masa, pero para las proteínas altamente flexibles o desordenados, Este enfoque no sería válida.
Una variación del gradiente por etapas método IEC-SAXS se presenta aquí es el uso de un gradiente lineal en su lugar. Si bien es posible trabajar con tantos pasos como se desee para aislar sub-picos usando una elución por etapas, en el enfoque de gradiente lineal, se requiere para optimizar las condiciones de gradiente cuidadosamente con el fin de separar los picos completamente antes de iniciar el SAXS experimentar. sustracción de fondo en este enfoque podría hacerse frame-sabia y pudo ser verificada mediante la comparación de los cuadros individuales, pero requiere el manejo de datos más avanzada y un software dedicado no existe todavía.
La elección de una columna adecuada es crítica para ambas técnicas, ya que determina la separación de las especies macromoleculares. columnas de exclusión por tamaño difieren en la capacidad de carga, el rango de tamaño de macromoléculas separables, y la resolución, mientras que las columnas de intercambio iónico varían en el tipo y la densidadde sus cargos inmovilizados.
Mientras que el protocolo presentado aquí es específica de la línea de luz ESRF BM29, la adaptación a cualquier otra línea de luz SAXS es, en principio, sencillo. Los principales requisitos son un suficientemente alto flujo de rayos X y un detector adecuado (idealmente un solo contador de fotones), para adquirir datos razonables de señal a ruido en el intervalo de segundos o menos, y un sistema de cromatografía líquida en línea capaz de crear gradientes. La implementación exacta sería, por supuesto, dependerá del entorno en línea de haz local.
Los resultados obtenidos en D5 323-785 utilizando los dos métodos difieren ligeramente. El radio de giro es ligeramente menor para los datos de IEC que para los datos de la SEC, y los mínimos locales de la curva de dispersión se desplaza a vectores de dispersión de un poco más grandes. Esto significa que el D5 323-785 medido con IEC-SAXS es ligeramente más compacto que el D5 323-785 medido con SEC-SAXS. Esto podría be debido a diferencias en la preparación de la muestra, en el tiempo transcurrido entre la purificación y medida (IEC es más rápido), o, menos probable, a un contaminante en la muestra purificada-SEC. Los modelos de talón obtenidos de forma totalmente independiente con ambos métodos son comparables (Figura 1H). D5 323-785 muestra la estructura hueca hexameric espera 18.
En conclusión, en línea de intercambio iónico y cromatografía de exclusión por tamaño en línea son importantes métodos de purificación bioquímicas que pueden ser acoplados directamente a SAXS 6,7,9-12,25,26. La sustracción de fondo de los datos IEC-SAXS es un poco más difícil y ambigua que para SEC-SAXS, pero sin embargo es posible. Dependiendo de las propiedades biofísicas de la proteína de interés, tanto SEC y IEC-SAXS permiten la optimización de la separación de las especies con las ventajas inherentes. Proporcionar el ingenio que los pasos de validación (como se describe) se observan correctamente, los datos resultantes pueden ser analizadosla confianza h, y los modelos se pueden determinar usando las herramientas estándar disponibles en la comunidad. Juntos, los dos técnicas permiten la separación en línea para una amplia gama de macromoléculas biológicas, produciendo datos no accesibles a través de mediciones estáticas estándar.