المنظفات مطابقة التباين في تجارب نثر النيوترون زاوية صغيرة لغشاء بروتين التحليل الهيكلي والنمذجة Ab منذ البداية

بروتينات الغشاء تم ترميزها بما يقدر 30 في المائة من جميع الجينات¹ وتمثل أغلبية قوية من أهداف للعقاقير الطبية الحديثة. ² هذه البروتينات تنفيذ مجموعة واسعة من المهام الحيوية الخلوية،³ ولكن على الرغم من وفرة، وأهمية – لا تمثل سوى حوالي 1 في المائة من مجموع هياكل أودعت في “سيقتضي البحوث” للبروتين الهيكلي المعلوماتية الحيوية (ركسب) بنك البيانات. ⁴ نظراً لطبيعتها مسعور جزئيا، وقد تم التصميم الهيكلي للبروتينات الغشاء زمنياً صعبة جداً. ^{5 , 6 , 7}

كما يتطلب العديد من التقنيات الفيزيائية الحيوية الجزيئات مونوديسبيرسي في حل للقياس، عزل البروتينات الغشاء من الأغشية الأصلية واستقرار هذه البروتينات في تقليد القابلة لذوبان في الأغشية الأصلية كانت منطقة نشطة للبحث في الآونة الأخيرة العقود. ^{8 , 9 , 10} هذه التحقيقات أدت إلى تطوير العديد من التجميعات amphiphilic رواية لجعل البروتينات الغشاء، مثل نانوديسكس،^11،،من¹²¹³ بيسيليس،^14،15 وأمفيبولس. ^{16 , 17} ومع ذلك، استخدام المنظفات المذيلات تظل واحدة من الأساليب الأكثر شيوعاً ووضوحاً لتلبية متطلبات القابلية للذوبان بروتين معين. ^{18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25} للأسف، لا واحد المنظفات أو السحر مزيج من المنظفات القائم حاليا الذي يفي بجميع بروتينات الغشاء؛ وبالتالي، يجب فحص هذه الشروط تجريبيا للمتطلبات الفريدة لكل البروتين. ^{26 , 27}

الذاتي تجميع المنظفات في الحل أعلاه تركزها مذيل حرجة لتشكيل هياكل تجميعية تسمى المذيلات. المذيلات تتكون من العديد من مونومرات المنظفات (تتراوح عادة ما بين 20-200) مع سلاسل الألكيل مسعور تشكيل نواة مذيل ومجموعات رأسه ماء مرتبة في طبقة شل مذيل تواجه المذيب مائي. قد سلوك المنظفات وتشكيل مذيل كلاسيكي وصف تشارلز تانفورد في تأثير مسعور،²⁸ والأحجام وأشكال المذيلات من المنظفات المستخدمة عادة في غشاء بروتين الدراسات ووصف استخدام تشتت الزاوية الصغير. ^{29 ,} ودرست أيضا ³⁰ منظمة المنظفات حول بروتينات الغشاء، ومن المتوقع تشكيل مجمعات البروتين-المنظفات (PDCs) مع المنظفات الجزيئات المحيطة البروتين في ترتيب يشبه المنظفات أنيق المذيلات. ³¹

وأضاف أحد هو ميزة في استخدام المنظفات يمكن التلاعب بخصائص مذيل الناتجة بإدراج مواد التنظيف الأخرى. يحمل العديد من المنظفات خلط مثالية، واختر خصائص من المذيلات المختلطة قد حتى يمكن التنبؤ بها من مكونات ونسبة الاختلاط. ²² ولكن وجود المنظفات يمكن لا تزال تحديات للخصائص الفيزيائية بالمساهمة في الإشارة الإجمالية. على سبيل المثال، إشارة من المنظفات في PDC مع الأشعة السينية وتقنيات تشتت الضوء، لا يمكن تمييزها تقريبا من البروتين. ³² التحقيقات مع واحد-الجسيمات cryo-إلكترون مجهرية (cryo-م) تعتمد عادة على المحاصرين جزيئات (المجمدة)؛ تفاصيل الهيكلية من البروتين هي لا تزال تحجب بعض المنظفات أو تركيزات عالية من المنظفات التي تضيف إلى الخلفية. ³³ نهج بديل نحو تفسير هيكل PDC كاملة (بما في ذلك مواد التنظيف) قد بذلت من خلال الطرق الحسابية التي تسعى إلى إعادة بناء المنظفات حول بروتين غشاء معين. ³⁴

في حالة تشتت النيوترونات، تنتج ترتيب الأساسية-شل المنظفات في مذيل عامل نموذج الذي يسهم في تشتت ملاحظتها. لحسن الحظ، يمكن تغيير مكونات الحل بأنها لا تساهم في بعثرة الملاحظ الصافية. هذه العملية “على النقيض من مطابقة” يتحقق عن طريق استبدال الديوتريوم للهيدروجين لتحقيق كثافة طول تشتت الذي يتطابق مع الخلفية (المخزن). يجب أن يعتبر خياراً حكيما للمنظفات (مع نظرائهم الديوتيريوم المتاحة) ونسبة الاختلاط. المذيلات المنظفات، يمكن تنفيذ هذا الاستبدال باستخدام مطهر مع نفس مجموعة الرأس لكن بعد سلسلة الكيل الديوتيريوم (د-الذيل بدلاً من ذيل ح). نظراً للمنظفات جيدا مختلطة،³⁵ على المجاميع سوف يكون بكثافة طول تشتت التي هي المرجحة الخلد-الجزء متوسط من العنصرين (ح-ذيول وذيول د). عندما هذا التباين المتوسط يتسق مع رئيس الفريق، يمكن أن يقابل هياكل تجميعية موحدة تماما لإزالة جميع المساهمات لنثر الملاحظة.

نحن الحاضرين هنا وضع بروتوكول للتعامل مع تباين النيوترون المذيلات المنظفات بدمج جزيئات المنظفات كيميائيا متطابقة مع سلاسل الألكيل يسمى الديوتريوم. ^{19 , 36 , 37} يسمح هذا التباين المتزامن كاملة مطابقة مذيل الأساسية وشل، وقدرة فريدة على تشتت النيوترونات. ^{35 , 38} مع هذا المستوى المكرر إلى حد كبير من التفصيل، مطابقة التباين يمكن تمكين الدراسات خلاف ذلك غير مجد للهياكل بروتين الغشاء. بالإضافة إلى ذلك، يمكن توسيع هذا النهج النقيض مطابقة للنظم الأخرى التي تنطوي على مواد التنظيف، مثل البوليمر تبادل ردود الفعل³⁹ والزيت عن الماء المشتتات أو⁴⁰ أو حتى غيرها من الوكلاء سولوبيليزينج، مثل بيسيليس،⁴¹ البوليمرات الإسهامية نانوديسكس أو⁴² أو كتلة. نهج مماثل ⁴³ ألف كما ورد في هذه المخطوطة، ولكن استخدام أنواع منظفات واحد مع استبدال الديوتريوم الجزئي على مجموعة الألكيل سلسلة و/أو رئيس، صدر مؤخرا. ³⁷ بينما يمكن توقع هذا إلى تحسين توزيع عشوائي للهيدروجين والديوتريوم في جميع أنحاء المنظفات بالمقارنة مع النهج الذي قدم هنا، عدد محدود من الوظائف المتاحة في مواد التنظيف للاستبدال وخطوتين مطلوب توليف المنظفات يطرح تحديات إضافية للنظر فيها.

الخطوات 1 و 2 من البروتوكول المفصلة أدناه وكثيراً ما تتداخل منذ التجربة الأولى التخطيط يجب أن يتم تقديم اقتراح نوعية. ومع ذلك، يعتبر تقديم الاقتراح هنا كخطوة أولى للتأكيد على أن هذه العملية ينبغي أن تبدأ قبل وقت كاف من تجربة نيوترون. كما تجدر الإشارة إلى أن خطوة أساسية، ينبغي إثبات أنه بهذا الاقتراح، أن يكون توصيف البيوكيميائية والفيزيائية (بما في ذلك الاستقرار والنقاء) من العينة التي تدعم الحاجة إلى دراسات النيوترونات. مناقشة عامة للتشتت النيوتروني زاوية صغيرة (بلا) خارج نطاق هذه المقالة. أ مقدمة موجزة ولكنها شاملة يتوفر في عمل مرجع تم مؤخرا نشر توصيف المواد كوفمان،⁴⁴ والكتب المدرسية ركزت بيولوجية زاوية صغيرة حلاً شاملا نثر. ⁴⁵ كذلك تعطي القراءة الموصى بها في جزء المناقشة. تشتت الزاوية الصغيرة يستخدم ناقل نثر ما يسمى Q كالكمية المركزية التي تصف عملية نثر. تستخدم هذه المقالة تعريف مقبول على نطاق واسع Q = 4π سين (θ)/λ، حيث θ هي نصف الزاوية بين الشعاع الوارد ومتناثرة و λ هو الطول الموجي للإشعاع النيوتروني في أنجسترومس. توجد تعاريف أخرى أن استخدام مختلف رموز مثل في ‘ لناقلات تشتت، والتي قد تختلف من 2π عامل أو بواسطة استخدام نانومتر بدلاً من انغستروم (انظر أيضا المناقشة من الشكل 10).