Физические методы исследования белков и нуклеиновых кислот - Лазуркина Ю.С.
Скачать (прямая ссылка):
Выяснение природы основных элементов, участвующих в структурообразовании различных тканей и обеспечивающих вы-
сокую степень упорядоченности последних,-—очень важная для биологии задача. Для ее решения одних рентгенографических дифракционных данных недостаточно.
Дискретное малоугловое рассеяние дают многие жидкие кристаллы биополимеров. Оно возникает вследствие регулярного расположения молекул, находящихся в жидком кристалле на больших расстояниях одна от другой. Последовательность наблюдаемых межплоскостных расстояний позволяет оценить геометрию упаковки молекул в сечении, перпендикулярном их длине. Чаще всего в жидких кристаллах биополимеров (нуклеопро-теиды, синтетические полипептиды) реализуется гексагональная упаковка. Используя специальные формулы, можно рассчитать линейную плотность цепных молекул, т. е. массу, приходящуюся на единицу их длины. Для ее определения необходимо знать расстояния между молекулами, их удельный парциальный объем, концентрацию и плотность раствора [92—94].
Однако эти расчеты правомочны, если весь препарат представляет собой однофазную систему. В противном случае средняя плотность раствора не соответствует плотности определенного жидкого кристалла и расчеты массы на единицу длины становятся ошибочными {95].
б. Диффузное малоугловое рассеяние рентгеновских лучей
Диффузное рассеяние рентгеновских лучей под малыми углами наблюдается на объектах, содержащих субмикроскопиче-ские неоднородности электронной плотности. Примером таких объектов могут служить, например, растворы макромолекул, имеющих электронную плотность, отличную от электронной плотности растворителя.
Диффузное рассеяние имеет вид размытия первичного пучка с постепенным спадом интенсивности по мере роста угла рассеяния. Иногда оно проявляется в виде диффузных максимумов, сосредоточенных в области малых углов. Методика, применяемая для исследования диффузного рассеяния в области малых углов, аналогична методике, используемой при изучении дискретного рассеяния, в случае, если оценка интенсивности производится фотографическим методом. В последнее время стали применять малоугловые дифрактометры, позволяющие измерять интенсивности при помощи счетчиков. Наиболее целесообразно использование сцинтилляционных или пропорциональных счетчиков со схемой дискриминации. Помимо более высокой точности в оценке интенсивностей по сравнению с фотометодом, дифрактометры дают возможность измерить интенсивность в абсолютной шкале. Это позволяет оценить дополнительно некоторые структурные параметры молекул. При обработке данных малоуглового рассеяния очень важио правильно учитывать
влияние коллимации первичного пучка на характер кривой рассеяния.
Диффузное рассеяние рентгеновских лучей под малыми углами имеет много общего со светорассеянием и является источником информаций о размерах и форме молекул биополимеров [12, 84, 96]. Особенно удобными объектами для этих исследований оказываются разбавленные растворы. Известно, что растворители сами по себе никакого малоуглового рассеяния не дают, поэтому весь эффект обусловлен макромолекулами. В то же время в разбавленных растворах межмолекулярная интерференция практически отсутствует и дифракция происходит на независимых молекулах.
В этом случае интенсивность рассеяния определится как сумма интенсивностей рассеяния отдельными молекулами. Пусть амплитуда волны, рассеянной одной частицей в заданном направлении, характеризуемом вектором 5, определится как функция F(S). Тогда интенсивность рассеяния / такой частицей будет пропорциональна F2(S). Так как в растворе пространственная ориентация макромолекул беспорядочна, то, чтобы найти среднюю интенсивность рассеяния, приходящуюся на одну молекулу, необходимо усреднить F2(S) по всем пространственным ориентациям молекул; получим F2(S). Интенсивность рассеяния для гомогенного разбавленного раствора I = NF2{S), где N— число макромолекул в облучаемом объеме.
Вся информация о строении макромолекул заключена в функции
F4S) = 22 [,nfne^‘{S"nm[
т п
где fm и fn — рассеивающие способности атомов т и п\ г пт — рас-
5___5 2 sin ^
стояние между ними; S — вектор рассеяния, S =--------------- =--------
X А»
(см. стр. 26). Суммирование производится по всем атомам макромолекулы. Набор расстояний гпт характеризует частицу. При малых S, т. е. при малых углах рассеяния, экспонента имеет большие значения.
Один из способов обработки данных малоуглового рентгеновского рассеяния состоит в следующем [12, 84,96]. Функцию F(S) можно разложить по степеням S в окрестности точки S = 0 и апроксими-ровать ее значение первыми членами разложения. Если за начало координат принять центр «электронной» массы молекулы, то оказывается, что / = где М. — суммарное число электронов в
рассеивающих молекулах; h = 2nS, а р — «электронный» радиус ннерции частицы. Центр «электронной» массы молекулы определяет-
