Биофизическая химия. Том 2 - Кантон Ч.
Скачать (прямая ссылка):
Для изучения влияния контраста на измеряемую величину радиуса инерции
удобно представить объект с помощью непрерывного распределения
рассеивающей плотности.
'* Если происходит водородно-дейтериевый обмен, то это сказывается как на
ос, так и на os. Дальнейшие детали см. в работе Stuhrmann (1975).
ДРУГИЕ МЕТОДЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ РАССЕЯНИЕ И ДИФРАКЦИЮ 441
Тогда вместо Rq = (1 /IN2) rjj для N дискретных рассеивающих элементов
[уравне-
' j
ние (14.33)] имеем
= Jdr J dr' <т(г)<т(г')(г - г')2 ^2 Jdr J dr' <т(г)<т(г') (14.63)
Подстановка сюда уравнения (14.60) дает после некоторого преобразования
квадратичное соотношение между контрастом и тем значением Rq, которое
может быть получено из измерений рассеяния:
Rl = R% + а!р - Pip2 (14.64)
Константы в уравнении (14.64) даются следующими выражениями:
R-c = U / Ve) J <тс(г)г2 dr (14.65а)
а = (1 / VJ.) J<rs(r)r2 dr (14.656)
Р = (1/KC)2 JJ<т5(г)<т5(г')г ¦ г' dr dr' (14.65b)
Здесь Rc - радиус инерции, который наблюдался бы для макромолекулы при
бесконечном контрасте; он характеризует форму макромолекулы (см.
Дополнение 14.2). Величина а - характеристика внутренней структуры. В
частности, если молекулу можно приближенно представить как сердцевину,
окруженную сферической оболочкой, то а положительна, когда оболочка
плотнее сердцевины, и отрицательна, когда, напротив, сердцевина плотнее
оболочки. Параметр /3 всегда положителен; он описывает смещение
наблюдаемого центра масс в зависимости от контраста. В простом случае
"сердцевина-оболочка"
РИС. 14.17. Измеряемый радиус инерции миоглобина, отложенный как функция
увеличения контраста между белком и растворителем. Показаны данные как
нейтронного (•), так и рентгеновского (О) рассеяния. Пунктирные прямые
имеют наклон Rq/p -1. Сплошная линия - это ожидаемое рассеяние,
вычисленное по известной пространственной структуре миоглобина. [Ibel К.,
Struhrmann Н.В., J.Mol. Biol., 93, 255 (1975).]
442
ГЛАВА 14
/3 увеличивается по мере увеличения расстояния между центрами масс
оболочки и сердцевины. Из уравнения (14.64) видно, что R2 есть значение
Rq при 1/р = 0; параметр а равен тангенсу угла наклона графической
зависимости Rq от 1 /р при 1/р = 0.
На рис. 14.17 показан пример применения уравнения (14.64) к миоглобину.
Видно, что величина R2, полученная из нейтронного рассеяния, немного
меньше соответствующей величины, полученной из рентгеновского рассеяния.
Причина в том, что сахароза и глицерин, используемые для изменения
рентгеновского контраста, не могут проникать внутрь белка. Но это
возможно для молекул воды при нейтронном рассеянии, о чем свидетельствует
небольшой водородно-дейтериевый обмен, наблюдаемый при варьировании
отношения H20/D20. Параметр а положителен для обоих методов. Это вызвано
тем, что около поверхности белковой молекулы располагаются
преимущественно гидрофильные группы. У этих групп и электронная плотность
(а следовательно, рентгеновская рассеивающая плотность), и нейтронная
рассеивающая плотность выше, чем у внутренних (гидрофобных) остатков.
Дополнение 14.2
КАК ВЫГЛЯДИТ ОБЪЕКТ ПРИ РАЗНОМ КОНТРАСТЕ
Все виды рассеяния определяются пространственными неоднородностями в
структуре образца. Поэтому контраст р между плотностью или рассеивающей
способностью исследуемого объекта и окружающей его среды может заметно
влиять на наблюдаемое рассеяние. В тексте это обстоятельство подробно
разбирается в приложении к нейтронному рассеянию, но оно важно при
рассмотрении и рентгеновского рассеяния, и рассеяния света.
В
Рисунок служит иллюстрацией того, как вариации контраста между объектом и
его фоном могут изменять вид объекта. А. Когда контраст р велик и
положителен, то видна лишь общая форма объекта, но большинство внутренних
деталей утеряно. Б. Вид объекта в отсутствие какого бы то ни было фона.
В. Когда р - 0, общая форма объекта не просматривается и видны только
внутренние неоднородности. Г. Когда контраст р велик и отрицателен, ясно
обрисовывается общая форма объекта, но видны лишь некоторые внутренние
детали.
КОВАЛЕНТНО ПРИСОЕДИНЕННЫЙ ДЕЙТЕРИЙ В КАЧЕСТВЕ НЕЙТРОННОЙ МЕТКИ
Нейтронное рассеяние позволяет проводить иследования особого рода. Наряду
с вариацией состава растворителя можно использовать ковалентное
дейтериевое замещение, где
ДРУГИЕ МЕТОДЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ РАССЕЯНИЕ И ДИФРАКЦИЮ 443
Таблица 14.3
СРЕДНЯЯ ДЛИНА НЕЙТРОННОГО И РЕНТГЕНОВСКОГО РАССЕЯНИЯ НА ЕДИНИЦУ ОБЪЕМА1^
Вещество Нейтроны, Ь - 1014, см ¦ А-3 Рентгеновские лучи, Ь ¦ 1014, см
• А-3
Полностью протонирован-
ные
н2о -0,6 9
Белок 3,1 12
Нуклеиновая 4,4 16
кислота
Жирная -0,0 8
кислота
Углевод 4,3 14
Полностью дейтерирован-
ные
н2о 6,4 9
Белок 8,5 12
Нуклеиновая 7,4 16
кислота
Жирная 6,9 8
кислота
Углевод 8,1 14
*) Engelman D. М., Moore Р. В., Ann. Rev. Biophys. Bioeng., 4, 219
(1975).
дейтерий играет роль метки, которая сушественно увеличивает или уменьшает
вклады, вносимые в рассеяние различными компонентами структуры. В табл.
