Små och Wide Angle X-ray scattering Studier av biologiska makromolekyler i lösning
Summary
Demonstrationen av de små och vidvinkel röntgenspridning (SWAXS) förfarande har blivit avgörande för studier av biologiska makromolekyler. Genom användning av instrumentering och förfaranden för specifik vinkel metoder och förberedelse, visar experimentella data från SWAXS atom-och nanonivå karakterisering av makromolekyler.
Abstract
I detta dokument är liten och vidvinkel röntgenspridning (SWAXS) analys av makromolekyler visas genom experiment. SWAXS är en teknik där röntgenstrålar elastiskt spritts av en inhomogen prov i nm-området vid små vinklar (typiskt 0,1 till 5 °) och breda vinklar (typiskt> 5 °). Denna teknik ger information om form, storlek och fördelning av makromolekyler, karakteristiska avstånd av delvis ordnade material, porstorlekar och surface-to-volymförhållandet. Liten vinkel X-ray scattering (SAXS) kan leverera strukturell information av makromolekyler mellan 1 och 200 nm, medan vidvinkel X-ray scattering (WAXS) kan lösa ännu mindre Bragg avståndet av prover mellan 0,33 nm och 0,49 nm baserade på specifikt system installation och detektor. Avståndet bestäms från Braggs lag och är beroende på våglängden och infallsvinkeln.
I ett SWAXS experiment kan materialen vara fastaeller flytande och kan innehålla fasta, flytande eller gasformiga domäner (så kallade partiklar) av samma eller annat material i någon kombination. SWAXS applikationer är mycket bred och omfattar kolloider av alla typer: metaller, kompositer, cement, olja, polymerer, plaster, proteiner, livsmedel och läkemedel. För fasta prover, är tjockleken begränsad till ungefär 5 mm.
Användning av ett labb-baserade SWAXS instrument beskrivs i detta dokument. Med tillgänglig programvara (t.ex. GNOM-ATSAS 2,3 paket av D. Svergun EMBL-Hamburg och EasySWAXS programvara) för SWAXS systemet kan ett experiment utföras för att bestämma vissa parametrar av intresse för givet prov. Ett exempel på en biologisk makromolekyl experiment är analysen av 2 vikt-% lysozym i en vatten-baserad vattenhaltig buffert som kan väljas och framställas genom ett stort antal metoder. Beredningen av provet följer riktlinjerna nedan i Provberedning sektionen. Genom SWAXS experiment,viktiga strukturella parametrar för lysozym, t.ex. tröghetsradie, kan analyseras.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den jämförande förfarande för SWAXS systemet tillåter för många variabler som skall fastställas av experimentell analys. De parametrar som uppnås från analysen kan användas för olika ändamål beroende på provet och experimentuppställning. SAXS ger information om nanonivå storlek och form på objektet, medan WAXS fokuserar på atom-och mikroskala struktur (t.ex. molekylär gitter, enhetscelldimension symmetri). Mer specifikt, för partiklar i utspädda lösningar, kan SAXS studera tröghetsradie,…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vill tacka Dr Manfred Kriechbaum av Hecus XRS och Institutet för Biofysik och nanosystem Forskning vid österrikiska vetenskapsakademin i Graz, Österrike. LL och XW stöddes delvis av US Department of Energy, enligt NERI-C Award nr DE-FG07-07ID14889 och US Nuclear Regulatory Commission, enligt Award nr NRC-38-08-950. Den SWAXS instrumentet också delvis stöd i US Department of Energy, enligt 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).
