VISÃO GERAL

Manacá (MAcromolecular Micro and NAno CrystAllography) será a primeira linha de luz de cristalografia de macromoléculas do Sirius e será otimizada para focos micrométrico e sub-micrométrico. O projeto prevê duas estações experimentais, contemplando também feixes com dimensões de 20×5, 10×5 e 5×5 micrometros, dedicadas aos estudos das estruturas tridimensionais de macromoléculas, particularmente de arranjos complexos como vírus, proteínas de membrana e complexos de proteínas e ligantes.

A linha MANACA está em fase de desenho preliminar. Seu Relatório de Desenho Conceitual (Conceitual Design Report – CDR) está em fase final de preparação.

A determinação de estruturas tridimensionais de proteínas, com o detalhamento das posições espaciais e interações entre os átomos destas moléculas, na área de estudos conhecida como Biologia Estrutural, é extremamente importante para o entendimento de processos biológicos tais como câncer, cardiopatias, doenças virais, Tuberculose, AIDS e outras enfermidades. O detalhamento a nível atômico das estruturas das proteínas humanas, e daquelas de patógenos tais como vírus e bactérias, guia o desenvolvimento de moléculas que atuam como inibidores, e que podem levar à produção de fármacos cada vez mais eficientes e com menos efeitos colaterais.

Informações detalhadas sobre as estruturas são importantes não apenas na área da saúde, mas também na descoberta de enzimas (proteínas com funções catalíticas) com aplicações comerciais na produção de alimentos, bio-combustíveis, defensivos agrícolas e cosméticos.

Atualmente são conhecidas as estruturas de mais de 120 mil proteínas, com informações disponíveis na base de dados PDB (rcsb.org), mas alguns tipos mais desafiadores, tais como as proteínas localizadas nas membranas lipídicas das células, que constituem cerca de 30% das proteínas de organismos eucarióticos, ainda não são muito exploradas. O principal desafio é produzir cristais destas moléculas, passo necessário para a determinação da estrutura utilizando a técnica de Cristalografia por Raios-X. Os cristais que são produzidos frequentemente têm dimensões de poucos micrometros e são bastante frágeis, dificultando a aquisição de dados da maneira tradicional.

Proteínas que atuam na forma de complexos, que podem ser compostos por diversas proteínas e ácidos nucléicos, como por exemplo o Ribosomo, também são desafiadoras, e novas estratégias de coleta de dados vem sendo desenvolvidas e serão contempladas nas estações experimentais da linha Manacá.

O uso de feixes de luz síncrotron com foco micrométrico em cristalografia de proteínas está se tornando a melhor opção para o estudo de micro-cristais de proteínas de membrana e complexos de proteínas grandes e flexíveis e de difícil cristalização. Mesmo nos experimentos com cristais maiores, o feixe micrométrico permite analisar toda a área do cristal e identificar regiões mais uniformes e ordenadas que resultam em dados com maior resolução e qualidade.

Parâmetro	Valor	Condição
Faixa de Energia [keV]	5 - 24
Resolução de Energia [$\Delta$E/E]	$10^{-4}$
Conteúdo de Harmônicos	< $ 10^{-4}$
Varredura de Energia	Sim
Tamanho do Feixe [ $ \mu \rm m $ ]	0,5x0,5; 5x5; 10x5; 20x5;
Divergência do Feixe [mrad]	< 0,5

Parâmetro

Valor

Condição

Faixa de Energia [keV]

5 - 24

Resolução de Energia [$\Delta$E/E]

$10^{-4}$

Conteúdo de Harmônicos

< $ 10^{-4}$

Varredura de Energia

Sim

Tamanho do Feixe [ $ \mu \rm m $ ]

0,5x0,5; 5x5; 10x5; 20x5;

Divergência do Feixe [mrad]

< 0,5

TÉCNICAS EXPERIMENTAIS

A estação experimental com Microfoco contará com feixe que poderá ser manipulado com a ajuda de aberturas óticas para a obtenção de feixes de 20×5, 10×5 e 5×5 micrometros. O feixe nesta estação será utilizado como fonte secundaria para a estação de Nanofoco, onde o feixe de raios-x terá dimensões de 0.5 x 0.5 micrometros. Estratégias de coleta em modo serial, utilizando micro-cristais depositados em micro-grades ou chips, e aquisição em varredura (rastering) serão empregadas na estação experimental de Microfoco, e novas técnicas como micro-jatos de lipídeos e suspensão acústica de gotas contendo micro-cristais serão implementadas na estação de Nanofoco.

A utilização de um feixe de dimensões micrométricas permite reduzir o dano causado pela radiação aos frágeis micro-cristais de proteínas. Entretanto, a divergência do feixe deve permanecer abaixo da mosaicidade de qualquer cristal de interesse, para isso a divergência do feixe no foco deve permanecer abaixo de 0,5 mrad. Tal divergência permite que sejam resolvidos picos de difração de cristais com células unitárias de até 1000 Å, dependendo das estratégias experimentais de coleta.

Graças ao alto brilho do Sirius, na região de energia em torno de 12 keV, na qual a maioria dos experimentos serão feitos, o fluxo estimado da linha Manacá será da ordem de $10^{13}$ ph/s. E, assim como as linhas Carnaúba e Ema, esta linha também cobrirá uma ampla faixa de energias, chegando até a energias próximas da borda K do enxofre. Em princípio, como a maioria das proteínas nativas contém átomos de enxofre (na metionina e cisteína), a técnica de SAD (difração anômala com comprimento de onda único) pelo enxofre oferece a possibilidade de uma determinação direta de estrutura. Além de toda infra-estrutura para preparação e condicionamento dos cristais de proteínas, a estação experimental de Microfoco será equipada com um goniômetro tipo kappa que permite melhor alinhamento dos cristais e distintas orientações cristalográficas, possibilitando obter coletas de alta resolução em certas condições experimentais.

Manacá

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