Биофизическая химия. Том 2 - Кантон Ч.
Скачать (прямая ссылка):
может быть дополнена атомами водорода или дейтерия, и при желании можно
провести дальнейшее ее уточнение.
Возможна разновидность этого метода, которая состоит в том, что кристалл,
образовавшийся в Н20, перед измерениями выдерживают в DzO. В этом случае
нейтронная дифракция не только позволяет установить, где расположены
атомы водорода, но и выявляет те из них, которые способны обмениваться с
дейтерием. Поскольку мы знаем из химии, что в таких группах, как NH2 или
ОН, протоны обмениваются легко, а протоны СН-группы не обмениваются,
подобная информация помогает подтвердить правильность установления
структуры. Кроме того, если окажется, что протоны, которые по всем дан-
ДРУГИЕ МЕТОДЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ РАССЕЯНИЕ И ДИФРАКЦИЮ
439
ным должны обмениваться, в действительности не обмениваются, это послужит
указанием на то, что они размещаются в области, недоступной для
растворителя.
Полный анализ нейтронной дифракции от макромолекул, подобный только что
описанному, проводится не часто, так как это требует очень большого
времени работы реактора.
КОНТРАСТ С РАСТВОРИТЕЛЕМ ПРИ НЕЙТРОННОМ И РЕНТГЕНОВСКОМ РАССЕЯНИИ
Нейтронное рассеяние от растворов может быть проанализировано таким же
образом, как и малоугловое рентгеновское рассеяние. Из зависимости Гинье
[уравнение (14.36)], построенной для малоуглового рентгеновского или
нейтронного рассеяния, можно получить радиус инерции рассеивающего
объекта в силу того, что рассеяние от него контрастирует с рассеянием от
растворителя.
Удобно ввести понятие рассеивающей плотности а. Для рентгеновских лучей а
пропорциональна электронной плотности, которая в свою очередь
пропорциональна атомным рассеивающим факторам. Для нейтронов а
пропорциональна средней длине нейтронного рассеяния для рассматриваемых
атомов. В случае рентгеновских лучей можно подбирать рассеивающую
плотность растворителя, меняя концентрацию соли и сахарозы в раство-
Электронная плотность (е/А3)
РИС. 14.16. Амплитуда рассеяния от миоглобина в зависимости от контраста
между рассеивающими плотностями белка и растворителя. Слева - данные
нейтронного рассеяния (•) в смесях Н20-D20. Справа - данные
рентгеновского рассеяния в водно-глицериновых (О) и водносахарозных (?)
растворах. По оси ординат отложен корень квадратный из интенсивности
рассеяния при нулевом угле. [Ibel К., Stuhrmann Н.В., J. Mol. Biol., 93,
255 (1975).]
440
ре, но область возможного изменения рассеивающей плотности при этом мала.
В случае нейтронов контраст между растворенным веществом и растворителем
подбирается за счет замены Н20 на D20. На рис. 14.16 показано, как
рассеивающая плотность растворителя влияет на интенсивность рассеяния от
миоглобина, наблюдаемую при нулевом угле рассеяния. Совершенно очевидно,
что при использовании нейтронов достижима более широкая область изменения
рассеивающей плотности растворителя.
Рассмотрим растворенную макромолекулу, имеющую непроницаемый для
растворителя объем Ус. Если рассеивающая плотность в растворе однородна,
то никакого рассеяния не наблюдается. Поэтому увеличение рассеивающей
плотности вне объема Ус эквивалентно просто уменьшению рассеивающей
плотности внутри Vc на постоянную по объему величину. Контраст р есть
средняя разность между рассеивающей плотностью макромолекулы (ш) и
растворителя (s):
Р = <°т> - <°s> (14-59>
где угловые скобки означают усреднение по объему макромолекулы. Смысл
контраста иллюстрируется наглядно в Дополнении 14.2.
Используя приведенное выше соображение, мы можем представить рассеивающую
плотность разбавленного раствора макромолекул в виде суммы двух членов.
Один описывает эффект исключения растворителя из объема, занятого
макромолекулой; на это слагаемое прямо влияет контраст между
макромолекулой и растворителем. В другом слагаемом учтены все возможные
изменения рассеивающей плотности внутри макромолекулы.
ст(г) = р"тс(г) + (Ts(r) (14.60)
Функция ос(г) описывает просто форму поверхности макромолекулы. Она равна
1,0 внутри макромолекулы и 0,0 снаружи. Следовательно, {сгс(г>с/г = Ус.
Функция os(r) определяется внутренней структурой макромолекулы; она
описывает все возможные отклонения рассеивающей плотности от < от>. Член
os(r) не дает вклада при нулевом угле рассеяния, но дает вклад при
больших углах (соответствующих меньшим расстояниям)1*.
Структурный фактор вычисляется по уравнению (14.37) при замене
электронной плотности р(г) рассеивающей плотностью о(г). Используя
уравнение (14.60), получаем
F(S) = pFc(S) + F,(S) (14.61)
где Fc и Fs - фурье-преобразование <тс и о5 соответственно. Таким
образом, интенсивность рассеяния будет квадратичной функцией р:
I(S) = F(S)F*(S) = p2|Fc(S)]2 + p[Fc(S)FJ(S) + Ft*(S)Fv(S)] + |Fs(S)]2
(14.62)
Однако, поскольку Fs(S) исчезает при5 = 0, корень квадратный из
интенсивности рассеяния при нулевом угле является линейной функцией р:
[7(0)]|/2 = р IFc(0)I (см. рис. 14.16).
ВЛИЯНИЕ КОНТРАСТА НА ИЗМЕРЯЕМУЮ ВЕЛИЧИНУ РАДИУСА ИНЕРЦИИ
