Малоугловое рассеяние рентгеновского излучения (SAXS — Small-Angle X-ray Scattering) представляет собой метод исследования структурных характеристик макромолекул в растворе при использовании синхротронной радиации. Принцип метода заключается в регистрации интенсивности рентгеновского излучения, рассеянного образцом на малые углы (обычно менее 5°). Рассеяние на малые углы позволяет получать информацию о глобальной структуре макромолекул, размерах, форме и их агрегатном состоянии.
Синхротронное излучение имеет исключительно важное значение для SAXS, так как обеспечивает высокую интенсивность рентгеновского пучка, широкий спектр длин волн и возможность точной настройки энергии. Эти свойства позволяют получать данные высокого качества, регистрировать слабые сигналы рассеяния и исследовать динамические процессы в реальном времени.
Основным параметром в анализе малоуглового рассеяния является вектор рассеяния q, определяемый выражением:
$$ q = \frac{4\pi}{\lambda} \sin \theta, $$
где λ — длина волны рентгеновского излучения, а θ — половина угла рассеяния.
Форма и интенсивность кривой I(q) позволяют определить:
Метод SAXS обладает уникальной способностью изучать макромолекулы в растворе, что позволяет анализировать их в условиях, близких к физиологическим. В отличие от кристаллографии белков, требующей получения кристаллов, малоугловое рассеяние не требует кристаллизации, что делает его особенно ценным для белков, нуклеиновых кислот и их комплексов, которые трудно или невозможно кристаллизовать.
Основные направления применения SAXS для биологических объектов:
При использовании синхротронного излучения для малоуглового рассеяния применяются высокоинтенсивные и монохроматические пучки рентгеновских лучей. Современные детекторы с высокой чувствительностью позволяют регистрировать слабое рассеяние даже от малых концентраций макромолекул.
Для обеспечения надежности данных большое внимание уделяется:
Использование синхротронных источников дает возможность выполнять временные разрешённые эксперименты, когда динамика изменений структуры молекулы фиксируется в реальном времени с милли- или даже микросекундным разрешением. Это особенно важно для изучения процессов фолдинга белков, связывания лигандов и реакций ферментов.
Данные SAXS требуют комплексной обработки с использованием методов обратного моделирования и статистического анализа. Среди ключевых подходов:
С развитием синхротронных источников четвёртого поколения возможности SAXS значительно расширяются. Высокая яркость пучков позволяет проводить исследования при сверхнизких концентрациях и в условиях физиологических буферов. Современные подходы включают:
Таким образом, малоугловое рассеяние на синхротронных источниках является одним из ключевых инструментов современной структурной биологии, позволяющим раскрывать пространственную организацию и динамику биомакромолекул в условиях, максимально приближённых к природным.