Kisszögu röntgenszórás a mérések kiértékelése: ``Mit nyerhetünk …credo.ttk.mta.hu/sites/default/files/documents/SAXS... · 2017-12-14 · Belső PEG ρPEG,in rPEG,in σPEG,in

Kisszögű röntgenszórás – a mérések kiértékelése:“Mit nyerhetünk a szórási görbéből?”

Wacha András

MTA Természettudományi Kutatóközpont

Tartalom

Ismétlés

Önszerveződő rendszerekRendezett fázisok

Multilamellás és hexagonális fázisok

Unilamellás vezikulákMicellák és bicellák

Kiterjedt – hierarchikus – rendszerekAktív szenek anizotrópiájának és porozitásának jellemzéseArany-cisztein nanokomplex önszerveződésének in situ követése

Részecske-jellegű rendszerekSiO2 nanorészecskék méreteloszlásaFehérjék – biológiai makromolekulák

Összefoglalás

Tartalom

Ismétlés






Összefoglalás

A pinhole kamera

Röntgencső és szinkrotron

X

C

A

Wout

Win

UaUh

A Bragg-egyenlet

Periodikus minta (dperiódustávolság)

θ beesési és visszaverődési szög Konstruktív interferencia a

detektorban: A szomszédossíkokról visszaverődő sugarakazonos fázisban

∆s = nλ ahol n ∈ N

Geometriailag: ∆s = 2d sin θ

2d sin θ = nλ

4πλsin θ = 2π

dn

q =2πdn

θ

θθ

θ

Δsd

λ

A szerkezet és a szórás közti összefüggés

Electron

density

Inverse Fourier

transform

Fourier transform

AutocorrelationAbsolute

square

Scattered

amplitude

Differential

scattering c.s.

("intensity")

Distance

distribution

(PDDF)

Guinier és Porod határesetek

10−2 10−1 100 101

q (nm−1)

10−3

10−2

10−1

100

101In

tenz

itás

(rel

.eg

ység

)

Guinier tartomány

I ∝ e−q2R2

g3

I ∝ q−αRg =√ ∫∫∫

ρ(~r)~r2d3~r∫∫∫ρ(~r)d3~r

Porod tartomány

Sík felületű részecskék (Porod): α = 4Gauss-láncok (Kratky): α = 2Tömbfraktálok: α = dmFelületi fraktálok: α = 6 − ds

Tartalom

Ismétlés






Összefoglalás

Lipid rendszerek, liposzómák

Amfipatikus molekulák: hidrofilfejcsoport, hidrofób farok

Vízben oldva önszerveződőrendszerek

Élő szervezetek sejtmembránjai Más hasonló molekulák:

tenzidek, detergensek stb. Alkalmazás

Membránmodell Gyógyszerhordozó Nanoreaktor . . .

Fázisok Termotrop Liotrop

Foszfolipid rendszerek önszerveződő struktúrái

A kialakuló szerkezetetalapvetően meghatározza:

A lipidmolekula alakja A szénlánc hossza és

mozgékonysága A fejcsoport töltésviszonyai

Kettősréteg-alkotó lipidek(bilayer lipids): körülbelülhenger alak

Nem kettősréteg-alkotó lipidek(non-bilayer lipids): kúpos alak

Kis fejcsoport-terület: inverzmicella / inverz hexagonálisfázis

Nagy fejcsoport-terület:micella / hexagonális fázis

Foszfolipid rendszerek önszerveződő struktúrái

A kialakuló szerkezetetalapvetően meghatározza:

A lipidmolekula alakja A szénlánc hossza és

mozgékonysága A fejcsoport töltésviszonyai

Kettősréteg-alkotó lipidek(bilayer lipids): körülbelülhenger alak

Nem kettősréteg-alkotó lipidek(non-bilayer lipids): kúpos alak

Kis fejcsoport-terület: inverzmicella / inverz hexagonálisfázis

Nagy fejcsoport-terület:micella / hexagonális fázis

Lipid/víz rendszer liotrop fázisai

A DPPC termotrop fázisai

35 41

Gél fázis (Lβ') Hullámos gél (Pβ) Folyadékkristályos (Lα)

q (1/nm)q (1/nm)0.98 q (1/nm)1.97

Elő

átm

enet

Főátm

enet

Hőmérséklet (°C)

A DPPC termotrop fázisai: SAXS

Csúcshely-arányok: 1, 2, 3, 4 → lamelláris

A DPPC termotrop fázisai: SAXS

Csúcshely-arányok: 1, 2, 3, 4 → lamellárisHőmérséklet 25C 38C 46C 55CFázis Lβ Pβ′ Lα Lα

Periódustávolság 6.373 nm „7.193 nm∗” 6.657 nm 6.569 nm

DOPC

Csúcshely-arányok: 1, 2, (3)Hőmérséklet 25C 38C 46C 55CFázis Lα Lα Lα Lα

Periódustávolság 6.323 nm 6.370 nm 6.440 nm 6.642 nm6.335 nm

DOPE: hexagonális fázis

Csúcshely-arányok: 1,√

3, 2,√

7, 3,√

12,√

13Hőmérséklet 25C 38C 46C 55CFázis HII HII HII HII

Rácsparaméter 6.458 nm 6.244 nm 6.119 nm 5.989 nm

Együttesen jelenlevő fázisok

Szobahőmérsékleten lamellás fázis (Lα) 38 C: az inverz hexagonális (HII) megjelenik 46 C: a köbös fázis (QII) megjelenése, a három fázis

koegzisztenciája 55 C: eltűnik a lamellás fázis visszahűtve: a köbös fázis megmarad, a lamellás nem tér vissza

Sztérikusan stabilizált unilamellás vezikulák

Unilamellás vezikula: egyetlenkettősréteg

Kettősréteg lipidekhidratáláskor automatikusan

multilamellás vezikulákatképeznek

Unilamellásítás: ultrahang /extrudálás

Spontán összeépülés elkerülése:

Töltött lipidek Sztérikus stabilizálás: pl.

PEG-konjugált lipidek

Elsődleges felhasználás:gyógyszerhordozó és -célzóágensek ⇒ a méret kritikus!

Sztérikusan stabilizált vezikulák

0 1 2 3 4 5 6

Szó

rt i

nte

nzi

tás

(re

l. e

gys.

)

DPPC/water, 20 wt% MLV DPPC/DSPE-PEG2000

extruded ULV

q (1/nm)

x5

Kevesebb szóró elektron ⇒ gyengébb szórási intenzitás Nincs réteg-réteg korreláció ⇒ csúcsok hiánya Amit látunk: a kettősréteg formafaktora

Foszfolipid kettősréteg szórása

ρ

r

ISSL(q) = [FPEG,in(q) + Fhead,in(q) + FCH(q) + Fhead,out(q) + FPEG,out(q)]2

Kettősréteg szórásaISSL(q) =

[FPEG,in(q) + Fhead,in(q) + FCH(q) + Fhead,out(q) + FPEG,out(q)]2

Minden tag lépcsőfüggvény vagy Gauss

ρ(q) =

ρ0 ha |r − r0| < σ0 egyébként

ρ(q) = ρ0√2πσ2

e−(r−r0)2

2σ2

Modellparaméterek:ρ r σ

Belső PEG ρPEG,in rPEG,in σPEG,in

Belső fejcsoport ρhead −rhead σhead

Szénlánc -1 0 σtail

Külső fejcsoport ρhead rhead σhead

Külső PEG ρPEG,out rPEG,out σPEG,out

+ külső skálázás (A) + konstans háttér (C ) + vezikula sugara (R0)+ vezikula sugarának szórása (δR)

Aszimmetrikus modell (PEG-ek különböznek): 14 paraméter Szimmetrikus modell (PEG-ek ekvivalensek): 11 paraméter

Sztérikusan stabilizált vezikulák

0 1 2 3

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

D

SSL Fit (asymmetric)

q [nm-1]

C SSL-0.5 Fit (symmetric)

B SSL-2 Fit (asymmetric)

Inte

nsi

ty [

cm-1]

SSL-PEG1k Fit (symmetric)

A

-10 -5 0 5 10-1

0

1

-10 -5 0 5 10

0,0

0,1

Distance from the bilayer center (nm)

Ele

ctro

n d

ensi

ty [

a.u

.]

SSL SSL-2 SSL-0.5 SSL-PEG1k

SSL: HSPC +DSPE-PEG2000

SSL-2: HSPC +2×DSPE-PEG2000

SSL-0.5: HSPC +0.5×DSPE-PEG2000

SSL-PEG1k: HSPC +DSPE-PEG1000

Micellák

Amfipatikus molekulákból fölépülő önszerveződő rendszerek Kúp alakú molekulák: széles hidrofil fej, keskeny hidrofób lánc Kritikus micella koncentráció (CMC) Nem csak gömb alakú lehet

r t

ρcore

ρshell ρsolvent=0

ba

tb

taρshell

ρcore

Bicellák Két komponens: hosszú szénláncú

kettősréteg-képző lipid és rövidszénláncú detergens

Alakot befolyásolja: q = clipid/cdetergens

q = 0: detergens micella q → ∞: kettősréteg

Fontosságuk: kisméretű hordozókmembránfehérjékhez

Gyakori példa: DHPC-DMPC bicella DHPC: 1,2-Dihexanoyl-sn-Glycero-3-

Phosphocholine DMPC: 1,2-Dimyristoyl-sn-Glycero-

3-Phosphocholine

DHPC DMPC

DHPC micella szórása

10 4

10 3

10 2

100

0.00

0.02

q (nm-1)

Inte

nsit

y (

cm

-1 s

r-1)

Resid

ual

2 1 0 1 2

2

1

0

1

2

a: 1.72 nmb: 0.95 nmta: 0.50 nmtb: 0.25 nm

core: -0.042

shell: 0.075

I0: 0.059 cm-1 sr-1

Rg: 1.86 nm

x dimension (nm)

y d

imensio

n (

nm

)

A szórás hasonló a lipid kettősrétegekéhez Guinier tartomány Illesztésből megadható a micella alakja

Peptid-hordozó DHPC-DMPC bicellák

Tartalom

Ismétlés






Összefoglalás

Aktív szenek

Aktív szenek

Adszorbens, hordozó,szerkezeti anyag

Hierarchikus nanoszerkezet Előállítás:

1. Pirolízis/karbonizálás2. Aktiválás = pórusosítás

Jól variálható Prekurzor anyag

választása Aktivációs folyamat

hangolása

Anizotrópia: eddig ki nemhasznált lehetőségek

A hierarchikus szerkezet modellje

Hirsch, Proc. Royal Soc. Lond. A (1954) 226(1165) 143-169

Aktív szenek

Aktív szenek






hangolása




Aktív szenek

Aktív szenek






hangolása




Mintaelőkészítés

Mintaelőkészítés SAXSméréshez

1 cm3-es fakockák pirolízise(700 C) → 6 × 6 × 6 mm3

szénkockák Fizikai aktiválás: C(s)

H2O(g)−−−−→900C

C(g)

Tömegveszteség (konverzió) azaktiválás idejének növelésével:

Bükk Tölgy Fenyő0 perc 0% 0 % 0 %15 perc 9 % 10 % 10 %45 perc 26 % 26 % 27 %90 perc 54 % 55 % 49 %

SAXS mérés: szinkrotronmérőhelyeknél (Hamburg, Berlin)

Részletek: Wacha, Varga, Vainio, Hoell, Bóta (2011) Carbon 49(12) 3958-3971.

Aktívszenek SAXS mérése

Tangenciális metszet Vízszintes szórási kép: függőlegesszálak

Az anizotrópia csökkenése: szálaktördelődése, pórusformálódás

Az anizotrópia jellemzése:azimutális szórási görbék ésszektor-integrálás

Az anizotrópia térbeli kiterjedése

Radiális szektor-átlagok Radiális szórási görbék számolása a szórási képből

A teljes 2π azimutszög tartományban (– – –) A legintenzívebb azimutális csúcs környezetére

szűkítve (—) Az előbbi irányra merőlegesen (· · · )

Anizotrópia a kis méreteknél (q > 2 nm−1) nemjelentkezik

Az anizotrópia az aktiválással csökken Hatványfüggvények (→ fraktáldimenzió) és

Guinier-tartományok (→ girációs sugár) Két Guinier-tartomány:

Kis konverzió: mikropórusok Nagy konverzió: mezopórusok

Tömbfraktál → felületi fraktál átmenet

Fenyő: 49 %-os kiégésnél újra felületi fraktál:mikrorepedések

Bükk: nincs felületi fraktál: eleve porózus?

Fotolumineszcens arany-cisztein nanokomplexek

Fehérjék által stabilizált szupramolekuláris arany-asszociátumok:fotolumineszcencia

Au-Cys nanokomplex: legegyszerűbb rendszer a stabilizálómechanizmus földerítésére

HAuCl4 + Cys →

(AuCys)αn

Sárga csapadék pH>12-nél vízben

oldható

T ,t−−→

(AuCys)βn

stabil, opálosszuszpenzió

UV-gerjesztésrenarancsszínűfotolumineszcencia

Az átalakulás sebessége erősen függ az inkubáció hőmérsékletétől.Időskála: pár óra - nap ⇒ időfeloldásos SAXS a CREDOberendezésen

Söptei et. al. 2015 Coll.Surf.A 470, 8-14.

Au-Cys nanokomplex TRSAXS vizsgálata

Inkubálás 20 C-on

Görbület a kis q tartományban (ld. Guinier)

Határozott méretű objektumok Balra mozdul → méretnövekedés Intenzitás nő → számuk is nő Előtte I ∝ q−2 → 2D kiterjedt lamellák

Csúcs a nagy q tartományban

Periodikus szerkezet Intenzitás nő →

periodicitás egyre„tökéletesebb”

Automatikus modellillesztés

Rétegek száma és periódustávolság Guinier közelítés kiterjedt lamellákra:Ivastagság ≈ G · q−2e−q2R2

T →Homogén réteg vastagsága:T =

√12RT

Végleges periódustávolság: 1.29 nm A rétegek finomszerkezete: egymás

fölött ≈ 1.3 nm-re elhelyezkedő Ausíkok, Cys távtartókkal

Korreláció a fotolumineszcenciaintenzitásának növededésével: 0.9208

FF-TEM mérések: pár nm vastagrétegek

Automatikus modellillesztés

Rétegek FF-TEM felvételeken Guinier közelítés kiterjedt lamellákra:Ivastagság ≈ G · q−2e−q2R2

T →Homogén réteg vastagsága:T =

√12RT

Végleges periódustávolság: 1.29 nm A rétegek finomszerkezete: egymás

fölött ≈ 1.3 nm-re elhelyezkedő Ausíkok, Cys távtartókkal

Korreláció a fotolumineszcenciaintenzitásának növededésével: 0.9208

FF-TEM mérések: pár nm vastagrétegek

Tartalom

Ismétlés






Összefoglalás

SiO2 nanorészecskék méreteloszlásaInstitute for Reference Materials and Measurements, Joint Research Centre ofthe European Commission: új SiO2 méretstandard bevezetése. Minősítés többSAXS mérőhely együttműködésével

ERM FD-101b: új referencia (CRM) Méretmeghatározás módszerei:

1. Guinier illesztés:

I (q ≪ 1/R) ≈ I0e−

q2R2

5

2. Gömb szórásának illesztése:I (q) = Φgömb(q,R) ≡

V 2R

[

3(qR)3

(sin(qR)− qR cos(qR))]2

3. Gömb méreteloszlás illesztése:

I (q) =∞∫

0

p(R)Φgömb(q,R)dR

4. Monte Carlo módszer: Ri populációválasztása wi súlyokkal, melyre|I (q)−

∑

iwiΦgömb(q,Ri )| minimális


ERM FD-101b: új referencia (CRM) Méretmeghatározás módszerei:


I (q ≪ 1/R) ≈ I0e−

q2R2

5


V 2R

[

3(qR)3



I (q) =∞∫

0

p(R)Φgömb(q,R)dR


∑



Monte Carlo méretmeghatározás Méretmeghatározás módszerei:


I (q ≪ 1/R) ≈ I0e−

q2R2

5


V 2R

[

3(qR)3



I (q) =∞∫

0

p(R)Φgömb(q,R)dR


∑



Monte Carlo méretmeghatározás Méretmeghatározás módszerei:


I (q ≪ 1/R) ≈ I0e−

q2R2

5


V 2R

[

3(qR)3



I (q) =∞∫

0

p(R)Φgömb(q,R)dR


∑


A mérések eredményeképpen a CREDO tanúsított SAXS berendezés lett

Biological Small-Angle X-ray Scattering

BioSAXS

Biological Small-Angle X-ray Scattering Biológiai szempontból fontos

makromolekulák Elsődlegesen alakmeghatározás,

homogén elektronsűrűség közelítéssel Kulcsparaméterek: Rg , I0 ≡ lim

q→0I (q)

Nyerhető információ A fehérje mérete, alakja (alacsony

feloldás), térfogata, molekulatömege A fehérje flexibilitása

(rendezett/rendezetlen) Kristályszerkezet validálása Ismert szerkezetű domének relatív

elhelyezkedése a fehérjében

A módszer buktatói

Alacsony szórási kontraszt ⇒rossz jel/zaj viszony

Nem elég híg minta: aGuinier-közelítés nem érvényes

Nem elég tiszta minta(különösen nagymolekulásszennyezők)

Nem monodiszperz minta (pl.oligomerizáció)

Jellegtelen szórási görbe:„túlillesztés”

Háttérkivonás (oldószerszórása) bizonytalansága

Fázisprobléma ⇒ a kapottszerkezet egyértelmű-e?

A BioSAXS módszere

Jól kidolgozott algoritmusok, módszerek Alapfeltételezés: a fehérjék az oldatban egymástól független, azonos,

belül homogén elektronsűrűségű nanorészecskék

független: az interferencia-tag eltűnikazonos: nincs oligomerizáció, nincs szennyezés stb.

homogén: egyszerű alak-illesztés; SAXS nem lát atomiméretekben!

A BioSAXS mérések értelmezése

Guinier közelítés: I (q ≪ Rg ) ∝ I0e−

q2R2g

3 ; I0 = (∆ρ)2V 2.

Porod-féle invariáns: Q ≡ 12π2

∞∫

0

q2I (q)dq = 2π2 (∆ρ)2V

Porod-térfogat: VPorod = 2π2I0/Q Értelmezés első lépései:

1. Oldószer-háttér kivonása a szórási görbéből (a fehérje térfogatihányadával korrigálva)

2. Guinier-illesztés → I0,Rg

3. Porod-invariáns → VPorod

4. Inverz Fourier: I (q) → p(r) pártávolság-eloszlási függvénykiszámítása

5. I0, Rg számítása a p(r)-ből:

I0 =

∞∫

0

p(r)dr ; R2g =

∞∫

0

p(r)r2dr

2∞∫

0

p(r)dr

6. A két módszerrel nyert I0 és Rg összevetése7. További értelmezés. . .

ATSAS: BioSAXS méréskiértékelés, adatfeldolgozás programcsomag(EMBL Hamburg, Svergun csoport)

A Kratky plot

Gauss-statisztikát követő polimerlánc szórásának kifutó szakasza:I (q → ∞) ∝ 2

q2R2g

Kratky plot: q2I - q. Viselkedése a q → ∞ határesetben: Rendezett fehérjéknél (I ∝ q−4) 0-hoz tart Rendezetlen fehérjéknél (I ∝ q−2) konstans vagy divergál

Fehérjék alakmeghatározása kisszögű szórásból

Geometriai alakok illesztése a szórási görbére vagy a PDDF-re

BODIES program (ATSAS része) Gömb, gömbhéj, ellipszoid, súlyzó stb. Kevés számú paraméter

Dummy atom modell (DAM)

A fehérje alakjának fölépítése szorosan (fcc vagy hcp rács) álló,azonos méretű gömbökből

Monte Carlo illesztő algoritmus1. Véletlenszerű konfiguráció2. A konfiguráció módosítása (gömb hozzáadása / elvétele)3. Szórás számolása4. Mért és számolt szórás összehasonlítása

Jobb illeszkedés: a változás megtartva Rosszabb illeszkedés: a változás nagy valószínűséggel elvetve

5. Ismétlés 2-től

Sok a paraméter: az egyértelműség/megbízhatóság kérdéses!

Fehérjék alakmeghatározása kisszögű szórásból

Geometriai alakok illesztése a szórási görbére vagy a PDDF-re

BODIES program (ATSAS része) Gömb, gömbhéj, ellipszoid, súlyzó stb. Kevés számú paraméter

Dummy atom modell (DAM)

A fehérje alakjának fölépítése szorosan (fcc vagy hcp rács) álló,azonos méretű gömbökből

Monte Carlo illesztő algoritmus1. Véletlenszerű konfiguráció2. A konfiguráció módosítása (gömb hozzáadása / elvétele)3. Szórás számolása4. Mért és számolt szórás összehasonlítása

Jobb illeszkedés: a változás megtartva Rosszabb illeszkedés: a változás nagy valószínűséggel elvetve

5. Ismétlés 2-től

Sok a paraméter: az egyértelműség/megbízhatóság kérdéses!

Lizozim – Egy „tipikus” BioSAXS kísérlet

Kristályszerkezet Jól ismert fehérje („állatorvosi ló”)

Korrelációs csúcs Oka: fehérjemolekulák közti taszítás A girációs sugá nem határozható

meg! Megszüntethető:

Hígítással (távolság növelése) Sózással (kölcsönhatás

árnyékolása)

Guinier plot (log I vs. q2): azI ∝ exp (−q2R2

g 3) alak ellenőrzése Kratky plot (q2I vs. q): egyértelműen

rendezett fehérje


Koncentráció hatása

100

q (nm−1)

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

dΣ/dΩ

(cm

−1 s

r−1)

0.02 mM0.033 mM0.1 mM0.2 mM

100q (nm−1)10-2

10-1

dΣ/dΩ

(cm

−1 s

r−1)

Lizozim

Jól ismert fehérje („állatorvosi ló”) Korrelációs csúcs

Oka: fehérjemolekulák közti taszítás A girációs sugár nem határozható


Hígítással (távolság növelése)

Sózással (kölcsönhatásárnyékolása)



rendezett fehérje


Ionerősség hatása

100

q (nm−1)

10-5

10-4

10-3

10-2

dΣ/dΩ

(cm

−1 s

r−1)

0 mM NaCl25 mM NaCl77 mM NaCl150 mM NaCl100q (nm−1)

dΣ/dΩ

(cm

−1 s

r−1)





árnyékolása)



rendezett fehérje


Guinier ábrázolás

0.30.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

q (nm−1)

dΣ/dΩ

(cm

−1 s

r−1)

0.4 mM lysozyme, no NaCl0.4 mM lysozyme, 25 mM NaCl0.4 mM lysozyme, 77 mM NaCl0.4 mM lysozyme, 150 mM NaCl





árnyékolása)


g/3) alak ellenőrzése

Kratky plot (q2I vs. q): egyértelműenrendezett fehérje


Kratky ábrázolás

0 1 2 3 4 5 6

q (nm)

0.04

0.02

0.00

0.02

0.04

q2dΣ/dΩ

(nm−2

cm−1

sr−

1)

0.4 mM lysozyme, 150 mM NaCl





árnyékolása)


g/3) alak ellenőrzése Kratky plot (q2I vs. q): egyértelműen

rendezett fehérje

A lizozim alakja„Dummy atom modell” – durvaszemcsés leírás

A lizozim alakja„Dummy atom modell” – durvaszemcsés leírás

Jó egyezés a kristályszerkezettel!

Kalmodulin

Eukarióta sejtek leggyakoribbplazmafehérjéje (≈ 1 %)

Ca2+-indukált jelátviteliútvonalak kulcsfontosságúeleme

Ca2+ kötésével alakváltozás Mindkét vég-doménben az

„EF-hand” motívumokkinyílnak: hidrofób zsebekkeletkeznek

Vég-domének eltávolodnak Linker másodlagos szerkezete

hurok → hélix (kristályosításiműtermék!)

Apo (Ca2+-mentes)konformáció (MX)

Burkoló alak: Van der Waals felület

Kalmodulin

Eukarióta sejtek leggyakoribbplazmafehérjéje (≈ 1 %)

Ca2+-indukált jelátviteliútvonalak kulcsfontosságúeleme

Ca2+ kötésével alakváltozás Mindkét vég-doménben az

„EF-hand” motívumokkinyílnak: hidrofób zsebekkeletkeznek

Vég-domének eltávolodnak Linker másodlagos szerkezete

hurok → hélix (kristályosításiműtermék!)

Ca2+-kötött konformáció (MX)

Burkoló alak: Van der Waals felület

Kalmodulin – SAXS eredmények

Szórási görbék

100

q (nm−1)

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

dΣ/dΩ

(cm

−1 s

r−1)

Ca2+ -bound hCaM

apo hCaM

Szórási görbék: nagyon hasonlóak Súlyzó alakú objektumok szórási

görbéje

Hasonló girációs sugarak Részben rendezetlen (linker rész) Dummy atom modell:

Súlyzó alak Apo konformáció „lazább” Ca2+ kötődése után a

szerkezet kimerevedik Eltérések a

kristályszerkezettől:kristályosítási műtermékek?


Guinier plot

0.30.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

q (nm−1)

dΣ/dΩ

(cm

−1 s

r−1)

Ca2+ -bound hCaM

apo hCaM


görbéje Hasonló girációs sugarak

Részben rendezetlen (linker rész) Dummy atom modell:





Kratky plot

1 2 3 4 5 6

q (nm)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

q2dΣ/dΩ

(nm−2

cm−1

sr−

1) Ca2+ -bound hCaM

apo hCaM


görbéje Hasonló girációs sugarak Részben rendezetlen (linker rész)

Dummy atom modell:





DAM: apo konformáció Szórási görbék: nagyon hasonlóak Súlyzó alakú objektumok szórási

görbéje Hasonló girációs sugarak Részben rendezetlen (linker rész) Dummy atom modell:

Súlyzó alak Apo konformáció „lazább”

Ca2+ kötődése után aszerkezet kimerevedik

Eltérések akristályszerkezettől:kristályosítási műtermékek?


DAM: Ca2+-kötött konformáció Szórási görbék: nagyon hasonlóak Súlyzó alakú objektumok szórási

görbéje Hasonló girációs sugarak Részben rendezetlen (linker rész) Dummy atom modell:




A dummy atom modellek megbízhatósága

Fázisprobléma! Módszerek a megbízhatóság növelésére

Több lehetséges alak generálása (MonteCarlo = Random!): DAMMIF

A szerkezetek csoportosítása / szűrése:DAMSEL

Átlagos szerkezet: DAMAVER Az átlagos szerkezet finomítása:

DAMMIN

megbízhatóság jellemzése(AMBIMETER)

Könyvtá készítése lehetségesszerkezetekből

Szórási görbék: (q)/ 0 vs. qRg

Kompatibilis modellek keresése a mértgörbéhez

Lizozim: 1; apo kalmodulin: 422;Ca2+-kötött kalmodulin: 417

FT

FT

Amplitude

Amplitude

Phase

Phase

IFT

IFT

Idea from Saldin et. al. J. Phys.: Condens. Matter 13 (2001) 10689-10707






DAMMIN A megbízhatóság jellemzése

(AMBIMETER)

Könyvtá készítése lehetségesszerkezetekből

Szórási görbék: (q)/ 0 vs. qRg



FT

FT

Amplitude

Amplitude

Phase

Phase

IFT

IFT

Idea from Saldin et. al. J. Phys.: Condens. Matter 13 (2001) 10689-10707







(AMBIMETER) Könyvtár készítése lehetséges

szerkezetekből Szórási görbék: I (q)/I0 vs. qRg



Petoukhov & Svergun, Acta CrystallographicaD 2015, 71(5), 1051-1058























Tartalom

Ismétlés






Összefoglalás

Irodalom és programok

Programok

SASFit: modellillesztés ATSAS: BioSAXS adatkezelés, RG , PDDF számítás, dummy atom

illesztés stb. SANSView: ábrázolás, modellillesztés

Irodalom

Boualem Hammouda: Probing Nanoscale Structures: The SANS

Toolbox (http://www.ncnr.nist.gov/staff/hammouda/the_SANS_toolbox.pdf)

J. Kohlbrecher, I. Breßler: SASFit manual

(http://kur.web.psi.ch/sans1/SANSSoft/sasfit.html) L. A. Feigin és D. I. Svergun: Structure Analysis by Small-Angle

X-Ray and Neutron Scattering (http://www.embl-hamburg.de/biosaxs/reprints/feigin_svergun_1987.pdf)

http://www.ncnr.nist.gov/staff/hammouda/the_SANS_toolbox.pdf

http://www.ncnr.nist.gov/staff/hammouda/the_SANS_toolbox.pdf

http://kur.web.psi.ch/sans1/SANSSoft/sasfit.html

http://www.embl-hamburg.de/biosaxs/reprints/feigin_svergun_1987.pdf

http://www.embl-hamburg.de/biosaxs/reprints/feigin_svergun_1987.pdf

ÖsszefoglalásSAXS mérések értelmezése

Multilamellás vezikulák és rendezett lipid rendszerek:periódustávolság meghatározása

Sztérikusan stabilizált vezikulák: kettősréteg radiáliselektronsűrűség-eloszlása

Micellák-bicellák: alak, mag-héj modell paraméterek Aktív szenek: anizotrópia, fraktáltulajdonságok Arany-cisztein nanokomplex: a fotolumineszcens szerkezet időbeli

kialakulása SiO2 nanorészecskék (ismétlés): méret, méreteloszlás meghatározása BioSAXS: fehérjék méretének, alakjának, flexibilitásának

meghatározása

KöszönetAz előadásban bemutatott mérési eredmények az alábbi személyeknekköszönhetőek (mintakészítés, ötletek stb.):

Bóta Attila Mihály Judith Varga Zoltán Jónás Andrea Bodor Andrea Dudás Erika Juhász Tünde Söptei Balázs

Köszönöm a figyelmet!

Documents

Kisszögu röntgenszórás a mérések kiértékelése: ``Mit nyerhetünk …credo.ttk.mta.hu/sites/default/files/documents/SAXS... · 2017-12-14 · Belső PEG ρPEG,in rPEG,in σPEG,in