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Research Article
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A demonstração do ângulo pequeno e amplo dispersão de raios X procedimento (SWAXS) tornou-se essencial para o estudo de macromoléculas biológicas. Através da utilização da instrumentação e procedimentos de métodos específicos de ângulo e de preparação, os dados experimentais dos SWAXS mostra a caracterização atómica e nano-escala de macromoléculas.
Neste artigo, Pequenas e Wide Angle X-ray Scattering análise (SWAXS) de macromoléculas é demonstrado através da experimentação. SWAXS é uma técnica na qual os raios X são elasticamente espalhados por uma amostra não homogéneo na gama nm-em ângulos pequenos (tipicamente 0,1 - 5 °) e ângulos de largura (normalmente> 5 °). Esta técnica fornece informações sobre a forma, tamanho e distribuição de macromoléculas, distâncias característicos de materiais parcialmente ordenados, tamanhos de poro, e de superfície-para-volume. Pequeno ângulo de raios X Scattering (SAXS) é capaz de fornecer informação estrutural de macromoléculas entre 1 e 200 nm, enquanto Wide Angle X-ray Scattering (WAXS) podem resolver ainda menor espaçamento Bragg de amostras entre 0,33 nm e 0,49 nm com base na configuração do sistema específico e detector. O espaçamento é determinada a partir da lei de Bragg e é dependente do comprimento de onda e do ângulo de incidência.
Em uma experiência SWAXS, os materiais podem ser sólidasou um líquido e pode conter sólidos, líquidos ou gasosos domínios (os chamados partículas) do mesmo material ou de outro, em qualquer combinação. Aplicações SWAXS são muito amplos e incluem colóides de todos os tipos: metais, compósitos, cimento, petróleo, polímeros, plásticos, proteínas, alimentos e produtos farmacêuticos. Para amostras sólidas, a espessura é limitado a cerca de 5 mm.
O uso de um instrumento SWAXS baseado em laboratório é detalhado neste documento. Com o software disponível (por exemplo, GNOM-ATSAS pacote 2,3 por D. Svergun EMBL-Hamburg e software EasySWAXS) para o sistema SWAXS, uma experiência pode ser conduzida para determinar certos parâmetros de interesse para a amostra dada. Um exemplo de uma experiência de macromolécula biológica é a análise de 2% em peso de lisozima num tampão à base de água aquosa que pode ser escolhido e preparado através de vários métodos. A preparação da amostra segue as orientações abaixo na preparação da seção da amostra. Através da experimentação SWAXS,importantes parâmetros estruturais da lisozima, por exemplo, o raio de rotação, podem ser analisadas.
1. Preparação da Amostra
* As amostras sólidas (incluindo as amostras de pó) pode ser directamente colocada no suporte da amostra (sem necessidade de capilar), ao passo que as amostras de líquido deve ser colocado em um tubo capilar.
Start-Up da Máquina SWAXS
2. Fonte procedimento de inicialização a frio
3. Procedimento Chiller
NOTA: Se a qualquer momento o erro "E 01" aparece no visor da temperatura, siga as instruções Chiller desligamento, recarga da unidade banho de água purificada por vazamento no tanque de fill, e em seguida, executar o procedimento de inicialização chiller novamente.
4. Desligamento de Chiller
5. Ligar o vácuo
6. Configuração do Sistema detector
7. Calibragem
8. Procedimento software
9. Procedimento Shutdown fonte
SAXS e WAXS completo pode fornecer informações sobre a estrutura da amostra através dos seguintes parâmetros: o raio de giração de tamanho de partícula e forma, o factor de estrutura de solução, superfície interna específica e dimensão de poro, tipo treliça e dimensão e densidade electrónica 1. SAXS e WAXS pode também ser aplicado ao estudo da dinâmica das proteínas 2.
A informação estrutural de experiências SWAXS é obtida através da comparação dos espectros detectado experimentalmente e os resultados computacionais do sistema. Os resultados computacionais foram calculados no software com uma razoável eficácia potencial V eff (r) desenvolvidos a partir de modelos estatísticos mecânicos, tais como o Ornstein-Zernike teoria equação (OZ) integrante (um exemplo de tais análises podem ser vistas a partir de Ref 3.) .
Como parte dos métodos de análise de dados, modelos para a intensidade absoluta SWAXS I (q) terá de ser desenvolvido no software para o estudo, em que a intensidade de dispersão, I (q), é uma função da transferência do momento no espaço recíproco, a dispersão vector q = sin 4π (θ / 2) / λ. q é uma quantidade escalar o qual está ligado ao ângulo de dispersão, θ, e o comprimento de onda da radiação λ,. q encontra-se na gama de 0,03-0,6 Å -1 em um experimento de SAXS típico com uma distância seleccionada a amostra-detector. O tamanho da região investigada em espaço real está relacionado com q por r = 2π / q, e situa-se na gama de 11-2000 um 4. WAXS, por outro lado, é possível resolver o espaçamento maior do que 3,3 Å. I (q) depende das características atómicas e da posição dos centros de dispersão atómica. No experimento SWAXS, em primeiro lugar a intensidade medida contra o canal deve ser calibrado de intensidade versus q ou espaçamento d (Figura 1 e Um exemplo da análise de SAXS da lisozima em tampão de 2% de água em peso com base aquosa é mostrado na Figura 3. O valor para o raio de giração e obtido mostrado na Figura 3 compara bem com o valor esperado de cerca de 1,44 nm 5. Mais exemplos de como aplicar SAXS a macromoléculas biológicas podem ser encontradas a partir de Refs. 6-13. Um exemplo da análise WAXS do lipossoma disperso em solução aquosa é mostrado na Figura 4. Os picos igualmente espaçados diminuindo com o aumento q, dá o lipossoma na amostra de solução aquosa à base de água com uma estrutura lamelar. Com cada lamelas, há uma diminuição na difusão que irá ocorrer. 
Figura 1. Calibração SAXS com ImageJ-macro software. A amostra utilizada é o estearato de prata com um espaçamento d 48,68 Å. O feixe principal está localizado no canal 367 e os cinco picos principais (ou parâmetros de rede da amostra) estão localizados em 539, 717, 896, 1075, 1253 e os canais, respectivamente. 
Figura 2. WAXS Callibration com o software ImageJ-macro. A amostra utilizada é Para-Bromo pó ácido benzóico. Os seis (ou picos principais parâmetros de rede da amostra) estão localizados a 130, 484, 555, 613, 657, 902 e os canais, respectivamente. 
Figura 3. Fundo subtraído SAXS-primas-dados de lisozima (2% em peso). O Guinier-enredo de software pode utilizar o EasySWAXS q muito baixo 
Figura 4. Fundo subtraído WAXS-primas-dados de lipossomas dispersos numa solução de água com base aquosa é mostrado na Figura 4A. Os diagramas esquemáticos da estrutura do lipossoma (lamelar 1D), a sua cabeça hidrofílica e uma cauda hidrofóbica, a sua pilha de membrana de fosfolípido, e a sua função de densidade de electrões são apresentados na Figura 4B. para ver figura maior .
Não há conflitos de interesse declarados.
A demonstração do ângulo pequeno e amplo dispersão de raios X procedimento (SWAXS) tornou-se essencial para o estudo de macromoléculas biológicas. Através da utilização da instrumentação e procedimentos de métodos específicos de ângulo e de preparação, os dados experimentais dos SWAXS mostra a caracterização atómica e nano-escala de macromoléculas.
Gostaríamos de agradecer ao Dr. Manfred Kriechbaum de XRS Hecus e do Instituto de Biofísica e Pesquisa Nanosystems da Academia Austríaca de Ciências, em Graz, na Áustria. LL e XW foram apoiados em parte pelo Departamento de Energia dos EUA, sob NERI-C Prêmio N ° DE-FG07-07ID14889, e dos EUA Comissão Reguladora Nuclear, sob n º Prêmio NRC-38-08-950. O instrumento SWAXS também é suportado, em parte, pelo Departamento de Energia dos EUA, sob Prêmio N ° DE-NE0000325.
| Nome dos produtos | Companhia |
| O System3 pequena e grande-angular de espalhamento de raios X (SWAXS) Camera | Hecus XRS e IBN, Graz, Áustria |
| GNOM | ATSAS pacote de 2,3 por D. Svergun EMBL-Hamburgo |
