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在膜平面内具有动量转移的X射线散射。在短杆菌肽结构研究中的应用。

X-ray scattering with momentum transfer in the plane of membrane. Application to gramicidin organization.

作者信息

He K, Ludtke S J, Wu Y, Huang H W

机构信息

Physics Department, Rice University, Houston, Texas 77251-1892.

出版信息

Biophys J. 1993 Jan;64(1):157-62. doi: 10.1016/S0006-3495(93)81350-X.

Abstract

We demonstrate a technique for measuring x-ray (or neutron) scattering with the momentum transfer confined in the plane of membrane, for the purpose of studying lateral organization of proteins and peptides in membrane. Unlike freeze-fracture electron microscopy or atomic force microscopy which requires the membrane to be frozen or fixed, in-plane x-ray scattering can be performed with the membrane maintained in the liquid crystalline state. As an example, the controversial question of whether gramicidin forms aggregates in membrane was investigated. We used dilauroylphosphatidylcholine (DLPC) bilayers containing gramicidin in the molar ratio of 10:1. Very clear scattering curves reflecting gramicidin channel-channel correlation were obtained, even for the sample containing no heavy atoms. Thallium ions bound to gramicidin channels merely increase the magnitude of the scattering curve. Analysis of the data shows that the channels were randomly distributed in the membrane, similar to a computer simulation of freely moving disks in a plane. We suggest that oriented proteins may provide substantial x-ray contrast against the lipid background without requiring heavy-atom labeling. This should open up many possible new experiments.

摘要

我们展示了一种用于测量X射线(或中子)散射的技术,其动量转移限制在膜平面内,目的是研究膜中蛋白质和肽的横向组织。与需要将膜冷冻或固定的冷冻断裂电子显微镜或原子力显微镜不同,平面内X射线散射可以在膜保持液晶态的情况下进行。例如,研究了短杆菌肽在膜中是否形成聚集体这一有争议的问题。我们使用了摩尔比为10:1的含有短杆菌肽的二月桂酰磷脂酰胆碱(DLPC)双层膜。即使对于不含重原子的样品,也获得了反映短杆菌肽通道 - 通道相关性的非常清晰的散射曲线。与短杆菌肽通道结合的铊离子仅增加散射曲线的幅度。数据分析表明,通道在膜中随机分布,类似于平面内自由移动圆盘的计算机模拟。我们认为,定向蛋白质可能在不需要重原子标记的情况下,与脂质背景形成显著的X射线对比度。这应该会开启许多可能的新实验。

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