Меню Закрыть

Какой двигатель на лада х рей: Какие двигатели устанавливаются на Лада Х-рей? Фото, характеристики

Содержание

Какие двигатели ставят на Лада Х Рей. Какие лучше?

Двигатель – один из самых важных элементов в автомобиле. Именно конструкция двигателя, его характеристики и показатели надежности автолюбители ставят во главу, при выборе автомобиля. В нынешнее время, кроме моторов, важными элементами являются и другие элементы, такие как электроника, коробка передач и ходовая, но с развитием разборок и квалифицированных сервисов по ремонту, эти элементы все чаще отходят на второй план. Сказывается доступность запчастей и доступность ремонта. Моторы же по-прежнему остаются самой сложной деталью в автомобиле, особенно если речь идет об отечественных машинах. Поэтому в нашей статье мы подробно разберем все семейство двигателей Lada Xray.

Общая информация

На моделях лада xray двигатели выпускаются в трех вариациях, но общая конструкция у них схожая: бензиновые рядные четырехцилиндровые агрегаты, с 4-мя клапанами на цилиндр (всего – 16 клапанов) и двумя распредвалами. Правда на этом сходства двигателей заканчиваются. Учитывая общие характеристики lada xray, двигатели, устанавливаемые на модель, обеспечивают неплохую мощность и крутящий момент, чего вполне хватает для повседневной городской эксплуатации.


Давайте разберем подробно, какие двигатели стоят на х рей и в чём их основные различия. Правда перед этим стоит упомянуть, что не все модели и комплектации автомобилей оснащаются отечественными силовыми агрегатами. Для продвинутых автолюбителей не будет секретом то, что новые модели Лады создаются на базе платформы В0. И так как сборка моделей Автовазом осуществляется с применением технологий рено-ниссан, то и многие инженерные решения заимствованы именно от этих производителей. Мотор в данном случае не стал исключением, поэтому Автоваз устанавливает ниссановский двигатель на xray в некоторых комплектациях.

Мотор от Ниссана в Ладу х рей с завода !

Новость о появлении Х рей с ниссановским двигателем воодушевила многих поклонников марки, так как ВАЗовские моторы никогда не отличались отменным качеством и надежностью. А сейчас появилась альтернатива, причем массовая и надежная. Ниссановские моторы, которыми Автоваз комплектует новые модели давно известны в кругу автолюбителей, так как истоки создания этого агрегата берут свое начало чуть ли не с начала 2000-х.

Модель данного силового агрегата – h5M, который по сути является переделанной версией ниссановского мотора HR16DE. Этот агрегат появился на рынке в начале 2010-х годов и за это время неплохо зарекомендовал себя среди сервисменов и обладателей Рено Сандеро, Логан, Дастер и др. С 2015 года начался полномасштабный выпуск лада х рей с ниссановскими двигателеми, правда название самого мотора изменили на Н4Мк.

Объем мотора Н4Мк составляет классические 1.6 литра, а мощность лады х рей с двигателем ниссан составляет 110 л.с., а крутящий момент варьируется на отметке около 146-148 Нм. Конструктивно h5Mk представляет собой алюминиевый блок цилиндров и алюминиевую ГБЦ. Клапана в ГБЦ находятся на классических механических толкателях, а механизм ГРМ осуществляется за счёт применения в конструкции цепи. Распредвалов в головке – два, а на впускном валу имеется фазорегулятор. Система впрыска топлива – электронная, с двумя форсунками на цилиндр.

xray с двигателем h5Mk неплохо зарекомендовал себя за эти годы. Двигатель надежный и свой срок службы в 200 + тысяч выхаживает без особых проблем, с учетом регулярного ТО и бережной эксплуатации. Без болячек, конечно, не обходится:

  • при регулярном простое в пробках или малых пробегах страдают маслосъемные кольца;
  • в силу конструкции необходимо регулярно регулировать зазор клапанов;
  • вытягивается цепь ГРМ.

Xray с двигателями ВАЗ

Автоваз решил порадовать потенциальных покупателей X Ray и выпустил несколько новых моделей двигателей:

  • мотор ВАЗ с индексом 21129;
  • мотор ВАЗ с индексом 21179.

Рассмотрим данные двигатели лада х рей и разберем какой лучше, надежнее и экономичнее. Итак, истоки силовых агрегатов 21129 и 21179 берут свое начало с выходом моделей ВАЗ 10-го семейства. Общая конструкция моторов с этих пор не сильно изменилась: объем от 1.4 до 1.6 (и для 1.8 на 179 агрегате) с 4-мя клапанами на цилиндр и двумя распредвалами, механизм ГРМ – ременной, тип топлива – бензин.

С каждой новой моделью ВАЗа инженеры дорабатывают эти движки, пытаясь найти оптимальный баланс мощности и надежности. Так как по своей конструкции кардинальных изменений не наблюдается, то в плане ремонтопригодности с этими моторами все отлично. Сейчас на рынке существует просто несметное количество деталей для этих силовых агрегатов.

Новшества Лады xray с двигателями ВАЗ-21129 и ВАЗ 21179

Из нововведений, которые значительно отделяют 129 мотор от предшественников, стоит упомянуть наличие технологичной системы впуска. Впервые за все время существования Автоваза, конструкторы разработали и выпустили в массовое производство впускные коллекторы с изменяемой геометрией впуска. Работает эта система следующим образом: на низких оборотах, воздух от фильтра в мотор поступает по длинному пути, тем самым обеспечивая оптимальную работу ДВС. На высоких оборотах, механизм, установленный в коллекторе, изменяет путь воздуха от фильтра к мотору и пускает его по короткому пути, таким образом достигается хорошее наполнение цилиндров даже на оборотах выше 5000. Подобное технологическое решение позволило “снять” инженерам с мотора дополнительные 8 л.с. без серьезного вмешательства в конструкцию ГБЦ и блока цилиндров. Также, изменилась и дроссельная заслонка, теперь, вместо архаичного механизма на тросиках, управление дросселем осуществляется за счёт электронной педали газа.


Кроме технологичного впускного коллектора изменениям подверглось и размещение силового агрегата. В силу использования платформы В0, данные двигатели стали устанавливать не на кузов, через отдельные подушки, а на подрамник. Правда продвинутые автолюбители не сильно оценили подобное конструкторское решение, так как при таком расположении необходимо использовать дополнительную защиту двигателя xray.

Xray с двигателем ВАЗ-21129

Лада хрей с двигателем ВАЗ-21129 не может похвастаться серьезными показателями мощности. Со 129-ым мотором мощность машины составляет 106 л.с. при 5800 оборотах, а крутящий момент находится на отметке в148 Нм при 4200 оборотах. Для современного рынка это весьма посредственные показатели, но несмотря на такие характеристики автомобиль получился более-менее надежным, по сравнению с версией со 179 мотором. Отметку максимальной скорости на треке, испытатели Автоваза установили 172 км/ч, причем максимум обуславливается электронными ограничениями и устройством коробки передач. Продвинутые автолюбители знают, что можно преодолеть эту отметку при помощи прошивки ЭБУ, вырезания катализаторов и замены распредвалов, но нужно ли это рядовому пользователю ? Свои 130-140 км автомобиль идёт спокойно и уверенно, появляются, конечно, паразитные шумы в салоне, но это связано с общей шумоизоляцией, но не с двигателем.

Xray с двигателем ВАЗ-21179

Перед выпуском модели на рынок, автообзорщики и автоиздания долго гадали, какой же двигатель на лада х рей будет самым мощным. И в 2015 году, свет увидел совершенно новый силовой агрегат – ВАЗ-21179, с объемом в 1.8 литра, мощностью в 122 л.с (при 6000 оборотах) и крутящим моментом в 170 Нм (при 3700 оборотах). На данный момент это самый мощный мотор в линейке ВАЗа, выпускаемый когда-либо массово. Конструктивно блок цилиндров не сильно отличается от предшественников 10-го семейства Лад. По сравнению со 129 мотором, конструкцию 1.8 литрового агрегата упростили в плане впуска – на нем используется обычный пластиковый впускной коллектор.

При разработке была увеличена высота блока, что обеспечило объем в 1.8 литра, заменили коленвал на другой с большим радиусом кривошипа, шатуны также использовали другие – с большей высотой. Поршни в новом моторе стали использовать иностранные, с развитыми маслосъемными кольцами и напылением графита. Из прочих нововведений также появился фазовращатель, а все детали шатунно-поршневой группы облегчили, что положительно сказалось на мощности и расходе топлива.

Правда высокая мощность и крутящий момент принесли данному мотору определенные болячки. При возросшей мощности возросла и термонагруженность мотора, конструкторы попытались исправить данный недостаток путем улучшения системы охлаждения, но в полной мере избавиться от проблемы не получилось. 179 мотор не терпит продолжительных нагрузок и требует тщательного внимания к системе охлаждения.

особенности конструкции,  характеристики,  сильные и слабые стороны

Модели Lada Vesta и Lada Хray являются  давно ожидаемыми новинками от концерна АвтоВАЗ. Благодаря современному дизайну, удачному сочетанию оснащения и технических характеристик, а также приемлемой цены, такие автомобили стали быстро набирать популярность. Лада Веста появилась в продаже первой и с ней уже успели познакомиться многие автолюбители.

Что касается Лада Х Рей, модель увидела свет не так давно. Вполне очевидно, максимум внимания прикован к двигателю на данной модели, так как опытные автомобилисты на территории СНГ всегда делают ставку на надежность и ресурс силового агрегата.

О некторых особенностях двигателя на Лада Веста мы уже говорили в нашей отдельной статье. Также рассмотрен вопрос подбора масла для Лада Веста. Далее мы  рассмотрим Лада Икс Рей, двигатель на данной модели, какие варианты ДВС для Lada Xray предлагает АвтоВАЗ, а также какой из них лучше выбрать.

Содержание статьи

Двигатели Лада X-Рей

Как известно, выпуск новых моделей Веста и Икс Рей являются важным шагом на пути развития АвтоВАЗ. По этой причине разработчики подошли к вопросу технической составляющей со всей ответственностью, при этом моторы для инженеров компании стояли на первом месте. Итак, давайте заглянем под капот Xray.

Прежде всего, данный автомобиль получил не один и даже не два, а целых три двигателя. Два типа агрегатов являются отечественной разработкой (ВАЗ-21129 и ВАЗ-21179), также автомобиль может быть укомплектован силовой установкой HR16DE, которую производит компания Nissan. При этом каждый тип ДВС является современным и  полностью соответствует рекомендуемым нормам и стандартам.

  • Начнем с ВАЗ-21129. Данный тип установки представляет собой  проверенный временем бензиновый двигатель, который АвтоВАЗ устанавливает на разные свои модели достаточно давно. Мотор рядный, 4-х цилиндровый, 16-клапанный, имеет рабочий объем 1.6 литра и расположен поперечно.

Двигатель получил систему распределенного впрыска с электронным управлением, привод ГРМ ременной. Мощность составляет 106 л.с., крутящий момент 148 Нм. С таким ДВС автомобиль разгоняется до «сотни» за 11.4 сек, максимальная скорость составляет 176 км/ч.

Силовой агрегат соответствует экологическому стандарту Евро-5, по городу этот мотор расходует чуть более 9 л. топлива марки АИ-95, по  трассе можно уложиться в 7.2 л., в смешанном цикле расход составляет менее 6.0 литров.

Двигатель Lada Хray ВАЗ 21129 был создан на основе мотора ВАЗ 21127, который хорошо знаком автолюбителям по модели Priora. При этом силовая установка была существенно доработана. Стоит отметить, что во впускном коллекторе появились заслонки, что позволяет изменять длину коллектора. Результат —  двигатель работает с максимальной экономичностью и отдачей как на низких, так и на высоких оборотах.

Также инженеры избавились от ДМРВ, заменив его на датчик температуры воздуха и датчик абсолютного давления. Такой подход позволил заметно улучшить качество смесеобразования, а также исключить известную проблему, которая связана с неустойчивыми оборотами (обороты плавают).

Двигатель стал менее вибронагруженным благодаря измененным опорам и способу крепления ДВС в подкапотном пространстве. Также доработанный впуск и выпуск снизил общую шумность во время работы агрегата на разных режимах. В результате значительно повысился акустический комфорт и снизился уровень вибраций, которые передаются на кузов.

  • Мотор Nissan h5M-HR16DE является детищем партнеров  АвтоВАЗ, а именно Альянса Renault и Nissan. Двигатель хорошо известен и давно устанавливается на популярные модели Nissan Note, Tiida, Ниссан Qashqai и т.д.

Такой мотор  также имеет рабочий объем 1.6, двигатель рядный, с четырьмя цилиндрами и 16 клапанами. Данный агрегат с распределенным впрыском топлива, максимальная мощность составляет 110 л. с., моментная характеристика находится на отметке 150 Нм. Привод ГРМ цепной, что повышает надежность силовой установки.

Разгон Лада Иксрей до 100 км/ч с таким ДВС занимает 11.1 сек, максимальная скорость 181 км/ч. Двигатель соответствует стандарту Евро 4/5, может потреблять бензин марки АИ-92 или 95. Расход топлива в городском цикле зафиксирован на отметке 8.9, в смешанном цикле 6.8, при загородной езде по трассе 5.6 литра.

Отметим, что данный мотор для Росси несколько дефорсирован. В других странах этот двигатель «выдает» от 115 до 118 л.с., однако в РФ и СНГ мощность ограничили 110 «лошадками» с учетом качества топлива, налогообложения и т.д. Указанный двигатель имеет цепной привод ГРМ. Такое решение снижает риск обрыва, а также избавляет владельцев от необходимости часто менять ремень механизма газораспределения. Кстати, конструкция ГРМ не предполагает наличие гидрокомпенсаторов.

С одной стороны, из этого следует, что клапана нужно регулировать, хотя с другой несколько снижаются требования к качеству моторного масла и периодичности его замены. Еще добавим, что на новых двигателях регулировка клапанов, как правило, требуется к 70-80 тыс. км. пробега. На практике получается, что в рамках ТО на 80-100 тысячах меняется цепь, регулируются клапана и двигатель можно длительный срок эксплуатировать дальше.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что из себя представляет новый двигатель Поло Седан. Из этой статьи вы узнаете об особенностях конструкции, а также о плюсах и минусах нового мотора на Polo Sedan.

Указанный мотор также получил систему изменения фаз газораспределения, фазовращатель закреплен на впускном распределительном валу. Также стоит отметить электронную дроссельную заслонку и две форсунки на каждый цилиндр. В результате двигатель получился тяговитым и экономичным, а также в плане экологичности удалось добиться вполне приемлемых показателей.

  • Двигатель 1.8 на Лада Икс рей с индексом ВАЗ-21179 по понятным причинам особо интересует многих автолюбителей, так как данный двигатель самый мощный в линейке агрегатов. Мотор является новой отечественной разработкой,  причем создавался отдельно для моделей Веста и Xr
При создании нового ДВС за основу инженеры взяли силовую установку ВАЗ 21126, использовав аналогичный блок цилиндров. Итак, двигатель рядный, 4-хцилиндровый, с поперечным расположением и 16-ю клапанами. Рабочий объем составляет 1774 «кубика».

Максимальная мощность 122 л. с., которая доступна на 6050 об/мин. Что касается моментной характеристики, максимальный крутящий момент составляет 170 Нм и доступен на 3 750 об/мин, что является неплохим показателем применительно к повседневной эксплуатации.

Автомобиль разгоняется до сотни за 10.9 сек, а «максималка» составляет 186 км/ч. Что касается данных по расходу горючего, в городе  указанный силовой агрегат на Икс Рей потребляет 8.6 литра на 100 км. пути, за городом расход составляет 5.8 литра, в смешанном цикле 6.8 литра 95-го бензина.

Механизм газораспределения имеет ременной привод, а также 2 распредвала, что улучшило наполнение и вентиляцию цилиндров на разных режимах работы ДВС. Примечательно то, что новый мотор для Лада Xray сильно отличается от других агрегатов производства АвтоВАЗ.

Изменения затронули сам двигатель и его детали, дроссельную заслонку, механизм клапанов и многое другое. Дроссель теперь без механического привода, использованы облегченные клапана, регулятор изменения фаз газораспределения получил отдельные каналы для подачи масла.

Увеличенный ход поршня позволил реализовать больший рабочий объем, коленвал имеет увеличенный радиус кривошипа, маслонасос имеет повышенную производительность и т.д. ЦПГ также облегченная, система питания была оснащена высокопроизводительными форсунками, которые специально дорабатывались специалистами под данный тип ДВС.

Что в итоге

Как видно, автомобиль Лада Икс Рей оснащается современными и надежными ДВС. При этом многие покупатели не спешат переплачивать за двигатель Nissan на Хray, останавливая свой выбор на отечественных разработках. Как правило, повышенным спросом пользуется самый мощный в линейке ВАЗовский 1.8.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель FSI. Из этой статьи вы узнаете об особенностях конструкции силовых агрегатов данного типа, а также о преимуществах и недостатках моторов FSI.

Кстати, стоит выделить, что хотя ВАЗ-21179 производится в РФ, большое количество компонентов и деталей являются импортными. Например, распредвалы поступают из Южной Кореи, в конструкции используются клапана Mahle и т.д.

Получается, хотя двигатель и отечественный, по факту это практически «иномарочный» мотор. В результате можно смело предположить, что при надлежащем качестве сборки и обслуживания надежность данного агрегата не будет уступать импортным аналогам.

Читайте также

  • GDI двигатель: что это такое?

    Конструктивные особенности двигателей GDI с непосредственным впрыском от моторов с распределенным впрыском топлива. Режимы работы, неисправности GDI.

технические характеристики Лада Икс Рей, варианты двигателей

Новый автомобиль российского производства Лада Икс Рей выпускается с тремя различными вариантами моделей двигателя. Среди которых можно будет выбрать как мощный мотор, предназначенный для увеличения скоростных характеристик и проходимости автомобиля, так и более экономичные варианты, обладающие меньшими силовыми показателями, для людей, предпочитающих иметь под капотом двигатель с низким потреблением топлива.

Новые ДВС имеют в своем арсенале по 106, 110 и 122 л.с. И устанавливаются в зависимости от комплектации Lada Xray. Моторы АвтоВАЗа, устанавливаемые на Лада Икс Рей сделаны с соблюдением европейских стандартов качества и максимально безопасны для окружающей среды. Каждый агрегат имеет индивидуальные особенности и специфические технические характеристики, о которых пойдет речь далее по тексту.

Возможные варианты ДВС для Лады Икс Рей

Лада Икс Рей имеет три двигателя, которые предлагаются покупателям на выбор:

  • ВАЗ-21129 – этот вариант используется в базовой версии Лада Икс Рей и имеет мощность в 106 лошадей;
  • HR16DE – двигатель от зарубежных партнеров, отличается надежностью и имеет 110 л.с.;
  • ВАЗ 21179 – это самый мощный мотор из тех, которые устанавливаются на Lada Xray, он имеет 122 л.с.

Все двигатели, которые устанавливаются на Ладу Икс Рей, работают на бензине, а наиболее мощный вариант имеет особую вазовскую автоматизированную механическую КПП.

Двигатель ВАЗ-21129

Этот мотор, предназначенный для установки на Lada Xray, отличается от аналогов особой системой впуска. Во время его работы на низких оборотах подача воздуха производится иначе – по удлиненным впускным каналам. В случае повышения оборотов воздух начинает поступать по коротким каналам. Вследствие чего изменяется состав и консистенция топливной смеси, в первом случае она является слабо насыщенной кислородом, а во втором наоборот. Такой принцип работы позволяет существенно увеличить мощность агрегата при сравнительно небольшом потреблении топлива. При отсутствии такой системы аналогичный аппарат выдает не более 98 лошадей.

Этот двигатель в Ладе Икс Рей будет выпускаться только в тандеме с коробкой передач от Рено, имеющей 5 скоростных передач. Силовой агрегат ВАЗ-21129 имеет следующие характеристики:

  • объем – 1597 кубических сантиметров;
  • цилиндры в количестве 4 штук;
  • 16 клапанов;
  • ременный привод;
  • цилиндр имеет диаметр в 82 миллиметра;
  • мощность – 106 л.с.

Лада Икс Рей, оснащенная таким движком, способна набирать скорость до ста км/ч за 11,9 сек. При таких параметрах автомобиль крайне экономичен. Циклы езды и потребление топлива:

Цикл Расход (л)
Город 8,5
Смешанный режим 7,3
Трасса 5,7

При этом, Лада Икс Рей в сочетании с этим движком способна развить скорость до 170 км/ч.

HR16DE и его особенности

Этот мотор, который вы можете получить вместе с новой Ладой Икс Рей, имеет такой же объем – 1,6 литра. Но при аналогичном объеме он имеет большую мощность, которая составляет 110 лошадиных сил. HR16DE разрабатывался для российского автомобиля дружественным концерном Рено-Ниссан. Он успел зарекомендовать себя на некоторых моделях этих производителей и широко известен по всему миру. Поэтому можно с уверенностью сказать, что на Lada Xray стоит агрегат мирового уровня. Новый движок имеет ряд принципиальных отличий по отношению к ВАЗовским приборам, которые оснащаются чугунными блоками и обычными ремнями. Агрегат имеет отличную репутацию и многообещающие технические характеристики. Однако, какой вариант лучше нам покажет время.

HR16 оснащен блоком цилиндров из алюминия. Головка блока цилиндров сделана из алюминиевого сплава. Вместо ремня ГРМ на этом устройстве стоит более прочная и долговечная металлическая цепь. Движок изготовлен без гидрокомпенсаторов, но при этом, обеспечен системой изменения фаз распределения газа. На каждый цилиндр распределено по две форсунки.

На автомобиль Лада Икс Рей двигатель HR16 ставится в сочетании с французской коробкой передач от компании Renault. По отзывам автолюбителей можно сделать вывод, что HR16 имеет отличную динамику и работает безотказно. Характеристики двигателя:

  • объем – 1598 см3;
  • имеет 4 цилиндра, 16 клапанов;
  • вместо ремня ГРМ применяется цепь;
  • цилиндр имеет диаметр в 78 миллиметров;
  • мощность – 110 л.с.

Чтобы достичь скорости в сто км/ч с нуля Lada Xray потратит 10,3 секунды. А максимальная скорость составляет 171 км/ч.

ВАЗ-21179

Самый мощный мотор для Lada Xray изготовлен непосредственно АвтоВАЗом. Он обладает отличными техническими характеристиками и сочетается с роботизированной коробкой передач. Для Лада Икс Рей разработкой этого агрегата занимался филиал АвтоВАЗа под названием «СуперАвто».

Больший объем в этом двигателе достигается с помощью увеличения хода самого поршня, а не за счет расточки блока цилиндров, как это делалось ранее. Изменен размер шатунов и коленвала. В сборке мотора используются зарубежные графитовые поршни от известного бренда Federal-Mogul.

Этот новый двигатель, применяемый в Lada Xray, имеет меньше мелких деталей, что увеличивает его надежность и работоспособность, не влияя на характеристики. Агрегат обладает впечатляющим крутящим моментом. Lada Xray, оснащенная таким движком потребляет значительно меньше масла. Мотор ВАЗ 21179 для Lada Xray обладает следующими техническими характеристиками:

  • объем – 1797 кубических сантиметров;
  • 4 цилиндра/ 16 клапанов;
  • ременный привод ГРМ;
  • D цилиндра – 84 мм;
  • Мощность – 122 л.с.

При таких параметрах ДВС, Lada Xray будет развивать макс. Скорость в 182 км/час. До сотки авто будет разгоняться всего лишь за 10 с небольшим секунд. Расход горючего в зависимости от цикла езды:

Цикл Расход (л)
Город 8,8
Смешанный режим 7,5
Трасса 6

Lada Xray оснащенная таким двигателем будет обладать отличными скоростными качествами, но при этом позволит экономить на топливе.

Сюрпризы 1,8-литрового мотора LADA XRAY » LADA Xray | Лада Х Рей

Первым автомобилем для нового 1,8-литррового двигателя от АВТОВАЗа стал кроссовер Лада Х Рей. Поскольку мотор новый, особенности его эксплуатации, возможности и надежность покупателям LADA XRAY не слишком известны. Но некоторые ньансы были раскрыты в ходе ресурсного теста LADA XRAY, который провел журнал «Авторевю». В ходе теста двигатель вдруг начал усиленно расходовать масло и даже появился сизый дым. По окончании ресурсногог теста двигатель LADA XRAY разобрали и выяснили в чем заключалась проблема. Также представители журнала оценили износ мотора. Все подробности об этом раскрыты в статье «Лада XRAY 1.8: почему дымил мотор?». Официальный Лада Клуб публикует эту статью в полном объеме.

Чего нам ждать от нового мотора ВАЗ-21179 — того, что объемом 1,8 литра? О его конструкции немало рассказал коллега Юрий Ветров, а мне выпало наблюдать за сим агрегатом по ходу наших ускоренных ресурсных испытаний хэтчбека Лада XRAY, да не просто наблюдать. Мотор выкинул такое коленце (не путать с коленчатым валом), что, как только XRAY ­­­более-менее благополучно добрался до финиша, я тут же сей двигатель и разобрал. Интересно же, с какого ляда у него вдруг открылся масложор, да еще с тревожным сизым дымком? Ну и собрал потом.

Напомню, что двигатель построен на основе блока 1.6, но при тех же высоте и диаметре цилиндров получил дополнительные каналы систем смазки и охлаждения. Что до остальных деталей, то они, считай, практически все оригинальные.

Рабочий объем нарастили увеличением хода поршня, для чего понадобился иной коленчатый вал. Поршни и шатуны также изменены, причем последние укорочены на 5 мм, дабы сохранить заготовку блока стандартной. К слову, укорот шатуна — мера, которую не шибко приветствуют мотористы: растут боковые силы, воспринимаемые юбкой. С увеличением хода поршня повысилась — аж на 11% — и средняя его скорость. Так что предпосылки к более интенсивному износу шатунно-поршневой группы есть.

В головке блока — другие распредвалы, фазовращатель на впуске, расширены газовые каналы, увеличены и клапаны.

Дальнейшие подробности покамест опущу, но и упомянутого довольно, чтобы считать двигатель новым. И не буду я корить его создателей за то, что отдали приоритет не пиковой мощности, а крутящему моменту: те 148 Нм, которые «обычный» мотор 1.6 выдает при 4200 об/мин, здесь доступны уже с двух тысяч, а дальше — до 170 Hм. И в прожорливости я двигатель не упрекну — правда, если речь о бензине, а не о масле. А что до масла, то подъедать его мотор принялся прям с самого начала.

Я как подметил это, так первым делом заглянул в инструкции. Вот в книжице для Весты, которая была оснащена «обычным» двигателем 1.6, русским по белому значится, что допускается расход масла в три промилле от потребления топлива. К примеру, при расходе бензина 10 ­л/100 км масла должно угореть не более 0,03 литра (или примерно 25 г). Немало, конечно, однако обозначен ориентир, когда начинать бить тревогу. В инструкции же к Иксрею подобной информации я не нашел вовсе, а попутно сложилось впечатление, что руководства к этим двум машинам составляли люди, работающие не то что на разных заводах, но и в разных странах. Порой одинаковые термины наделены разными смыслами!

Меж тем до первого ТО, которое по условиям наших испытаний мы проводили не при 15000 километров пробега, как предписано, а при 12000, XRAY поглотил почти четыре литра масла. Но еще хуже, что за машинкой потянулся дымный шлейф.

Мы, как водится по ходу ресурсных испытаний, сообщили о неприятности вазовским специалистам. Те взяли паузу (мы-то ее не брали, XRAY продолжил испытательный пробег по полигону) — и недельки через три известили, что на партии моторов, в том числе и нашем, случились бракованные клапаны Mahle китайской выделки — с грубыми следами механической обработки. И тут же щедро предложили нам заменить головку блока в сборе по гарантии: мол, сия кампания коснется всех владельцев автомобилей с моторами из этой бракованной партии. Мы было уже согласились (наши испытания ведь моделируют реальную эксплуатацию, хотя и в сильно спрессованном виде), как расход масла пошел на убыль. Да так стремительно, что уменьшился вдвое по сравнению с первоначальным!

С чего бы такое чудесное исцеление? Вскрытие, только вскрытие и покажет.

Перед разборкой я замерил компрессию — и вновь подивился: она не только не упала, а в двух цилиндрах, первом да третьем, даже выросла — с 14,7 до 15,1. И спецы нефтехимического концерна Total (следившие за состоянием мотора по анализам исправно поставляемых нами проб масла) туда же. Мол, если до середины пробега мотор изнашивался на 9—13% быстрее нормы, то после 20 тысяч вышел, как говорится, в ноль. А на финише показал коэффициент износа 0,69 — то есть меньше себе подобных при обычной эксплуатации.

Не буду приводить словца, что сгоряча слетали с языка по ходу даже частичной разборки мотора. Нынче ведь мало кто озадачен ремонтопригодностью: впихнули мотор под капот, да и ладушки. За французами давно подмечено, что горазды они на экстраординарные придумки, а XRAY, напомню, плоть от плоти Renault — сработан на платформе B0. А еще видно, что в процессе модернизации двигателя принимались вынужденные меры, тоже отнюдь не облегчающие труд ремонтника.

Сначала я решил глянуть на состояние поршней да цилиндров, отчего начал с откручивания поддона. К двум задним болтам не добраться, надобно отодвигать коробку передач. Ладно, раздвигаю агрегаты, но ключ в образовавшийся зазор никак не лезет: теперь помехой маховик. Снимать же коробку и сцепление не входило в мои планы, посему обточил самую маленькую головку ­— и в сборе с удлинителем не без помощи молотка загнал-таки ее в щель. Забегая вперед, сообщу, что перед обратной установкой я доработал поддон зубилом да напильником: инструмент теперь проходит за милую душу, да и конструкция облегчилась.

Затем настала очередь впускного коллектора: надобно отвернуть болты да гайки крепления его к головке. По счастью, после страхового краш-теста разрушенный передний бампер был уже снят, и доступ к крепежу значительно улучшился. Под коллектором, кстати, находится рампа с форсунками — и не завидую я тому, кто менять их затеет.

А вот, казалось бы, и вовсе простое дело — слить охлаждающую жидкость. Но для доступа к пробке на блоке надо сначала отнять стартер! Попутно отвернул и генератор — так проще будет надевать обратно ремень привода вспомогательных агрегатов.

Со снятием передней да клапанной крышек мотора дело пошло попроще — и открылись взору зубчатые шкивы, ролики, ремень и распредвалы. Повернув коленчатый вал до верхней мертвой точки в первом цилиндре, тщательно нанес на все детали множество меток, ведь шкивы фиксируются на валах лишь затяжкой болтов.

Далее — обычным порядком, а откручивая выпуск, я был приятно удивлен тем, что крепеж не пригорел, да и прокладка осталась целой.

После снятия головки увидел покрытые жирным слоем нагара поршни. Вот она, причина возросшей компрессии! Отвернув крышки шатунов, извлек их. Рабочая поверхность цилиндров, напомню, именуется зеркалом, его-то я и увидел: ни малейших следов износа! По крайней мере, на глаз.

На этом в ожидании прибытия специалистов ВАЗа я работы приостановил, а через пару дней уже в присутствии заводчан приступил к промерам деталей. Стрелка индикатора едва отклоняется, показывая минимальные износы. По оси коленчатого вала и вовсе нули, а зазор между поршнями и цилиндрами везде одинаков — 0,06 мм, лишь на три «сотки» больше, чем у нового мотора.

Разборка головки прошла обычным порядком. Я, признаться, ожидал увидеть клапаны, напрочь заросшие нагаром, но картина куда более благоприятная. Седла и вовсе чистые, а вот риски на стержнях клапанов видны отчетливо! Из-за них-то, как и предположили заводчане, масло и прокачивалось через колпачки. Надеюсь, что подтвердится и их заявление, что путь браку перекрыт. А уменьшение же масложора в процессе испытаний я для себя объясняю приработкой: неровности на штоках ­мал-помалу сглаживались — благо не успев нанести фатального урона колпачкам.

Пора из этой кучи деталей опять складывать мотор, но сначала самая муторная процедура — очистка всех привалочных плоскостей от старого герметика. Потом, смазав маслом, ввожу поршневую группу на место. Затягиваю крышки шатунов, притягиваю головку, затем идут валы, шкивы, ремень, ролики… По моей просьбе вазовцы привезли чертеж оправки для фиксации валов и инструкцию по установке. Работать с оснасткой гораздо проще, теперь-то с фазами не ошибешься — и немудрено, что все совпало с метками, которые я загодя нанес.

Дальше сборка прошла как по маслу, если не считать трудности натяжения ремня: зазор между роликом и лонжероном такой крохотный, что руки едва пролезают.

Волнительный момент пуска — и зашелестел мотор на холостых. Без дымка.

А может, стоило все же заменить головку, да еще в сборе, по гарантии? Не возьму на себя смелость давать уверенный совет. Кстати, коллеги обзвонили пяток фирменных вазовских станций — и уяснили, что покамест жалоб на масложор владельцы Лад с моторами 1.8 не выказывали.

Для себя же сделал такой вывод. Окажись я перед выбором новой Лады, то предпочел бы ту, что именно с двигателем 1.8. «Кубиков» добавилось немного, но тяговитость хороша. Нет у меня теперь и опасений по части надежности. Главное, чтоб урок пошел вазовцам впрок: за поставщиками надо тщательно приглядывать, ­особенно за теми, что возят товар из Китая.

Что за двигатель на лада x ray

Двигатели Лада Х-рей

На модель Лада Х-рей устанавливают сразу два отечественных бензиновых силовых агрегата: ВАЗ 21129 объемом 1.6 литров 106 л.с. 148 Нм и ВАЗ 21179 объемом 1.8 литров 122 л.с. 170 Нм. Также тут встречается мотор Рено Н4М объемом 1.6 литра мощностью 110-113 л.с. 150-152 Нм.

Двигатель Лада Х-рей 1.6 литра

Этот силовой агрегат является адаптацией известного по Приоре мотора ВАЗ 21127 к ЕВРО 5, то есть дальним родственником агрегата 21083. Здесь конечно увеличенный рабочий объем, новая ГБЦ с парой распредвалов и гидрокомпенсаторами, впускной тракт переменной длины, а также датчик абсолютного давления и температуры воздуха вместо уже устаревшего ДМРВ.

Основными проблемами данного двигателя являются небольшой ресурс помпы, жор масла, троение на холодную и нередко лопающиеся расширительные бачки охлаждающей жидкости.

О характерных особенностях этого двс рассказывает портал Лада.онлайн

Первое время Lada Xray оснащалась силовым агрегатом от Renault-Nissan с индексом h5Mk, хорошо известным по ряду моделей франко-японского концерна. Этот алюминиевый мотор с цепным приводом ГРМ и фазорегулятором на впускном валу не имеет гидрокомпенсаторов, поэтому здесь требуется периодически производить регулировку тепловых зазоров клапанов.

Летом 2019 года франко-японский двс с индексом Н4М вернулся в модельную гамму в связи с установкой на X-RAY вариатора Jatco JF015E. Его мощность повысили до 113 л.с. и 152 Нм.

Список типичных неисправностей этого силового агрегата нельзя назвать слишком большим. Можно припомнить разве что проблемы с заводкой в сильный мороз, небольшой жор масла и нежное реле блока зажигания, а еще быстрый износ подушек двигателя и ремня генератора.

Хэтчбек до рестайлинга 2015 — 2019
1.6 л 21129 МКП5 1.6 л h5M МКП5
Тип инжектор инжектор
Топливо бензин АИ-92 бензин АИ-92
Расположение поперечное поперечное
Цилиндры 4 в ряд 4 в ряд
Клапана 16 16
Рабочий объем 1596 см³ 1598 см³
Мощность 106 л.с. 110 л.с.
Крутящий момент 148 Нм 150 Нм
Разгон до 100 км/ч 11.4 с 11.1 с
Скорость (макс) 176 км/ч 181 км/ч
Экологич. класс Евро 5 Евро 4
Расход город 9.3 л 8.9 л
Расход трасса 5.9 л 5.6 л
Расход смешанный 7.2 л 6.8 л

Разницу в стоимости ТО двс Рено и ВАЗ подсчитали на сайте Авто.Вести

Двигатель Лада Х-рей 1.8 литра

Самый новый силовой агрегат концерна АвтоВАЗ является к тому же первым отечественным мотором с фазорегулятором на впуске. Тут облегченные распределительные валы и клапана, производительные масляный и водяной насосы корейского производства и другие доработки. Агрегатируется как с механической, так и роботизированной коробкой переключения передач.

Характерных неисправностей у 1.8-литрового мотора пока немного и самые известные из них это повышенный расход масла, а также нередко лопающиеся по шву расширительные бачки. Проводились две отзывные компании: по бракованным клапанам и замене топливной рампы.

Хэтчбек до рестайлинга 2015 — 2019
1.8 л 21179 МКП5 1.8 л 21179 АМТ5
Тип инжектор инжектор
Топливо бензин АИ-92 бензин АИ-92
Расположение поперечное поперечное
Цилиндры 4 в ряд 4 в ряд
Клапана 16 16
Рабочий объем 1774 см³ 1774 см³
Мощность 122 л.с. 122 л.с.
Крутящий момент 170 Нм 170 Нм
Разгон до 100 км/ч 10.3 с 10.9 с
Скорость (макс) 179 км/ч 186 км/ч
Экологич. класс Евро 5 Евро 5
Расход город 9.3 л 8.6 л
Расход трасса 5.8 л 5.8 л
Расход смешанный 7.1 л 6.8 л

Многие нюансы эксплуатации двс выяснились во время теста АвтоРевю.

Источник

С каким двигателем лучше всего покупать Ладу Икс Рей?

Новый автомобиль российского производства Лада Икс Рей выпускается с тремя различными вариантами моделей двигателя. Среди которых можно будет выбрать как мощный мотор, предназначенный для увеличения скоростных характеристик и проходимости автомобиля, так и более экономичные варианты, обладающие меньшими силовыми показателями, для людей, предпочитающих иметь под капотом двигатель с низким потреблением топлива.

Новые ДВС имеют в своем арсенале по 106, 110 и 122 л.с. И устанавливаются в зависимости от комплектации Lada Xray. Моторы АвтоВАЗа, устанавливаемые на Лада Икс Рей сделаны с соблюдением европейских стандартов качества и максимально безопасны для окружающей среды. Каждый агрегат имеет индивидуальные особенности и специфические технические характеристики, о которых пойдет речь далее по тексту.

Возможные варианты ДВС для Лады Икс Рей

Лада Икс Рей имеет три двигателя, которые предлагаются покупателям на выбор:

  • ВАЗ-21129 – этот вариант используется в базовой версии Лада Икс Рей и имеет мощность в 106 лошадей;
  • HR16DE – двигатель от зарубежных партнеров, отличается надежностью и имеет 110 л.с.;
  • ВАЗ 21179 – это самый мощный мотор из тех, которые устанавливаются на Lada Xray, он имеет 122 л.с.

Все двигатели, которые устанавливаются на Ладу Икс Рей, работают на бензине, а наиболее мощный вариант имеет особую вазовскую автоматизированную механическую КПП.

Двигатель ВАЗ-21129

Этот мотор, предназначенный для установки на Lada Xray, отличается от аналогов особой системой впуска. Во время его работы на низких оборотах подача воздуха производится иначе – по удлиненным впускным каналам. В случае повышения оборотов воздух начинает поступать по коротким каналам. Вследствие чего изменяется состав и консистенция топливной смеси, в первом случае она является слабо насыщенной кислородом, а во втором наоборот. Такой принцип работы позволяет существенно увеличить мощность агрегата при сравнительно небольшом потреблении топлива. При отсутствии такой системы аналогичный аппарат выдает не более 98 лошадей.

Этот двигатель в Ладе Икс Рей будет выпускаться только в тандеме с коробкой передач от Рено, имеющей 5 скоростных передач. Силовой агрегат ВАЗ-21129 имеет следующие характеристики:

  • объем – 1597 кубических сантиметров;
  • цилиндры в количестве 4 штук;
  • 16 клапанов;
  • ременный привод;
  • цилиндр имеет диаметр в 82 миллиметра;
  • мощность – 106 л.с.

Лада Икс Рей, оснащенная таким движком, способна набирать скорость до ста км/ч за 11,9 сек. При таких параметрах автомобиль крайне экономичен. Циклы езды и потребление топлива:

Цикл Расход (л)
Город 8,5
Смешанный режим 7,3
Трасса 5,7

При этом, Лада Икс Рей в сочетании с этим движком способна развить скорость до 170 км/ч.

HR16DE и его особенности

Этот мотор, который вы можете получить вместе с новой Ладой Икс Рей, имеет такой же объем – 1,6 литра. Но при аналогичном объеме он имеет большую мощность, которая составляет 110 лошадиных сил. HR16DE разрабатывался для российского автомобиля дружественным концерном Рено-Ниссан. Он успел зарекомендовать себя на некоторых моделях этих производителей и широко известен по всему миру. Поэтому можно с уверенностью сказать, что на Lada Xray стоит агрегат мирового уровня. Новый движок имеет ряд принципиальных отличий по отношению к ВАЗовским приборам, которые оснащаются чугунными блоками и обычными ремнями. Агрегат имеет отличную репутацию и многообещающие технические характеристики. Однако, какой вариант лучше нам покажет время.

HR16 оснащен блоком цилиндров из алюминия. Головка блока цилиндров сделана из алюминиевого сплава. Вместо ремня ГРМ на этом устройстве стоит более прочная и долговечная металлическая цепь. Движок изготовлен без гидрокомпенсаторов, но при этом, обеспечен системой изменения фаз распределения газа. На каждый цилиндр распределено по две форсунки.

На автомобиль Лада Икс Рей двигатель HR16 ставится в сочетании с французской коробкой передач от компании Renault. По отзывам автолюбителей можно сделать вывод, что HR16 имеет отличную динамику и работает безотказно. Характеристики двигателя:

  • объем – 1598 см3;
  • имеет 4 цилиндра, 16 клапанов;
  • вместо ремня ГРМ применяется цепь;
  • цилиндр имеет диаметр в 78 миллиметров;
  • мощность – 110 л.с.

Чтобы достичь скорости в сто км/ч с нуля Lada Xray потратит 10,3 секунды. А максимальная скорость составляет 171 км/ч.

ВАЗ-21179

Самый мощный мотор для Lada Xray изготовлен непосредственно АвтоВАЗом. Он обладает отличными техническими характеристиками и сочетается с роботизированной коробкой передач. Для Лада Икс Рей разработкой этого агрегата занимался филиал АвтоВАЗа под названием «СуперАвто».

Больший объем в этом двигателе достигается с помощью увеличения хода самого поршня, а не за счет расточки блока цилиндров, как это делалось ранее. Изменен размер шатунов и коленвала. В сборке мотора используются зарубежные графитовые поршни от известного бренда Federal-Mogul.

Этот новый двигатель, применяемый в Lada Xray, имеет меньше мелких деталей, что увеличивает его надежность и работоспособность, не влияя на характеристики. Агрегат обладает впечатляющим крутящим моментом. Lada Xray, оснащенная таким движком потребляет значительно меньше масла. Мотор ВАЗ 21179 для Lada Xray обладает следующими техническими характеристиками:

  • объем – 1797 кубических сантиметров;
  • 4 цилиндра/ 16 клапанов;
  • ременный привод ГРМ;
  • D цилиндра – 84 мм;
  • Мощность – 122 л.с.

При таких параметрах ДВС, Lada Xray будет развивать макс. Скорость в 182 км/час. До сотки авто будет разгоняться всего лишь за 10 с небольшим секунд. Расход горючего в зависимости от цикла езды:

Цикл Расход (л)
Город 8,8
Смешанный режим 7,5
Трасса 6

Lada Xray оснащенная таким двигателем будет обладать отличными скоростными качествами, но при этом позволит экономить на топливе.

Источник

Моторы на Lada Хray: виды и характеристики

Модели Lada Vesta и Lada Хray являются давно ожидаемыми новинками от концерна АвтоВАЗ. Благодаря современному дизайну, удачному сочетанию оснащения и технических характеристик, а также приемлемой цены, такие автомобили стали быстро набирать популярность. Лада Веста появилась в продаже первой и с ней уже успели познакомиться многие автолюбители.

О некторых особенностях двигателя на Лада Веста мы уже говорили в нашей отдельной статье. Также рассмотрен вопрос подбора масла для Лада Веста. Далее мы рассмотрим Лада Икс Рей, двигатель на данной модели, какие варианты ДВС для Lada Xray предлагает АвтоВАЗ, а также какой из них лучше выбрать.

Двигатели Лада X-Рей

Как известно, выпуск новых моделей Веста и Икс Рей являются важным шагом на пути развития АвтоВАЗ. По этой причине разработчики подошли к вопросу технической составляющей со всей ответственностью, при этом моторы для инженеров компании стояли на первом месте. Итак, давайте заглянем под капот Xray.

Прежде всего, данный автомобиль получил не один и даже не два, а целых три двигателя. Два типа агрегатов являются отечественной разработкой (ВАЗ-21129 и ВАЗ-21179), также автомобиль может быть укомплектован силовой установкой HR16DE, которую производит компания Nissan. При этом каждый тип ДВС является современным и полностью соответствует рекомендуемым нормам и стандартам.

  • Начнем с ВАЗ-21129. Данный тип установки представляет собой проверенный временем бензиновый двигатель, который АвтоВАЗ устанавливает на разные свои модели достаточно давно. Мотор рядный, 4-х цилиндровый, 16-клапанный, имеет рабочий объем 1.6 литра и расположен поперечно.

Двигатель получил систему распределенного впрыска с электронным управлением, привод ГРМ ременной. Мощность составляет 106 л.с., крутящий момент 148 Нм. С таким ДВС автомобиль разгоняется до «сотни» за 11.4 сек, максимальная скорость составляет 176 км/ч.

Силовой агрегат соответствует экологическому стандарту Евро-5, по городу этот мотор расходует чуть более 9 л. топлива марки АИ-95, по трассе можно уложиться в 7.2 л., в смешанном цикле расход составляет менее 6.0 литров.

Двигатель стал менее вибронагруженным благодаря измененным опорам и способу крепления ДВС в подкапотном пространстве. Также доработанный впуск и выпуск снизил общую шумность во время работы агрегата на разных режимах. В результате значительно повысился акустический комфорт и снизился уровень вибраций, которые передаются на кузов.

  • Мотор Nissan h5M-HR16DE является детищем партнеров АвтоВАЗ, а именно Альянса Renault и Nissan. Двигатель хорошо известен и давно устанавливается на популярные модели Nissan Note, Tiida, Ниссан Qashqai и т.д.

Такой мотор также имеет рабочий объем 1.6, двигатель рядный, с четырьмя цилиндрами и 16 клапанами. Данный агрегат с распределенным впрыском топлива, максимальная мощность составляет 110 л. с., моментная характеристика находится на отметке 150 Нм. Привод ГРМ цепной, что повышает надежность силовой установки.

Разгон Лада Иксрей до 100 км/ч с таким ДВС занимает 11.1 сек, максимальная скорость 181 км/ч. Двигатель соответствует стандарту Евро 4/5, может потреблять бензин марки АИ-92 или 95. Расход топлива в городском цикле зафиксирован на отметке 8.9, в смешанном цикле 6.8, при загородной езде по трассе 5.6 литра.

С одной стороны, из этого следует, что клапана нужно регулировать, хотя с другой несколько снижаются требования к качеству моторного масла и периодичности его замены. Еще добавим, что на новых двигателях регулировка клапанов, как правило, требуется к 70-80 тыс. км. пробега. На практике получается, что в рамках ТО на 80-100 тысячах меняется цепь, регулируются клапана и двигатель можно длительный срок эксплуатировать дальше.

Указанный мотор также получил систему изменения фаз газораспределения, фазовращатель закреплен на впускном распределительном валу. Также стоит отметить электронную дроссельную заслонку и две форсунки на каждый цилиндр. В результате двигатель получился тяговитым и экономичным, а также в плане экологичности удалось добиться вполне приемлемых показателей.

  • Двигатель 1.8 на Лада Икс рей с индексом ВАЗ-21179 по понятным причинам особо интересует многих автолюбителей, так как данный двигатель самый мощный в линейке агрегатов. Мотор является новой отечественной разработкой, причем создавался отдельно для моделей Веста и Xr

Автомобиль разгоняется до сотни за 10.9 сек, а «максималка» составляет 186 км/ч. Что касается данных по расходу горючего, в городе указанный силовой агрегат на Икс Рей потребляет 8.6 литра на 100 км. пути, за городом расход составляет 5.8 литра, в смешанном цикле 6.8 литра 95-го бензина.

Механизм газораспределения имеет ременной привод, а также 2 распредвала, что улучшило наполнение и вентиляцию цилиндров на разных режимах работы ДВС. Примечательно то, что новый мотор для Лада Xray сильно отличается от других агрегатов производства АвтоВАЗ.

Увеличенный ход поршня позволил реализовать больший рабочий объем, коленвал имеет увеличенный радиус кривошипа, маслонасос имеет повышенную производительность и т.д. ЦПГ также облегченная, система питания была оснащена высокопроизводительными форсунками, которые специально дорабатывались специалистами под данный тип ДВС.

Что в итоге

Как видно, автомобиль Лада Икс Рей оснащается современными и надежными ДВС. При этом многие покупатели не спешат переплачивать за двигатель Nissan на Хray, останавливая свой выбор на отечественных разработках. Как правило, повышенным спросом пользуется самый мощный в линейке ВАЗовский 1.8.

Получается, хотя двигатель и отечественный, по факту это практически «иномарочный» мотор. В результате можно смело предположить, что при надлежащем качестве сборки и обслуживания надежность данного агрегата не будет уступать импортным аналогам.

Тюнинг мотора Лада Веста, доступные способы увеличения мощности и улучшения характеристик силового агрегата Весты. Чип-тюнинг Лада Веста, что нужно знать.

Рестайлинговый Фольксваген Поло седан с новым двигателем. Главные особенности нового мотора российской сборки CFN Е211 на Polo Sedan из Калуги.

Двигатель семейства FSI: отличия, особенности, плюсы и минусы силового агрегата данного типа. Распространенные проблемы двигателей FSI, обслуживание мотора.

Бензиновый и дизельный двигатель Mazda Skyactiv (Скайактив): устройство, принцип работы, ресурс и надежность. Особенности эксплуатации, поломки Скайактив.

Конструктивные особенности двигателей GDI с непосредственным впрыском от моторов с распределенным впрыском топлива. Режимы работы, неисправности GDI.

Что нужно знать о моторах на Рендж Ровер перед покупкой такого автомобиля б/у. С каким двигателем лучше взять данный автомобиль и почему.

Источник

Лада Х Рей 1.8 устройство, характеристики двигателя – Цена нового авто

Лада Х Рей 1.8 пока комплектуется только роботизированным автоматом. Оценить динамику нового мотора в полной мере можно будет в ближайшее время, когда в продаже появится Лада Веста 1.8 с механической коробкой. Пока поговорим об устройстве и характеристиках нового двигателя ВАЗ-21179 объемом 1774 см3 мощностью 122 л.с.. который развивает солидный крутящий момент в 170 Нм. Кстати, благодаря высокому крутящему моменту, даже с автоматической трансмиссией Lada XRay 1.8 обладает неплохой динамикой и умеренным расходом топлива.

Конструктивно новый мотор, это рядный 4-цилиндровый атмосферный двигатель с 16-клапанным механизмом ГРМ. В приводе ГРМ стоит ремень. Блок чугунный, а ГБЦ выполнена из алюминия. По размерам блок 1.8-литрового и 1.6 литровых моторов ВАЗ одинаковы. Поршни так же имеют одинаковые размеры. А вот шатуны и распредвал имеют другие размеры, как итог увеличенный ход поршня и увеличение рабочего объема.

Из особенностей конструкции двигателя Лада Х Рей 1.8 можно отметить наличие качественных корейских комплектующих. Это иностранные масляный насос, водяная помпа и облегченные распределительные валы. Но главное, это конечно система изменения фаз газораспределения с исполнительным механизмом (фазовращателем) на впускном валу двигателя. Из особенностей lada Xray 1.8 можно отметить продвинутый дроссельный узел, который связан с педалью газа только проводами. Никакого тросика и механической связи педали акселератора и дроссельного узла нет.

Характеристики Лада Х Рей 1.8 (122 л.с.) с АМТ, расход топлива, динамика

  • Рабочий объем – 1774 см3
  • Количество цилиндров/клапанов – 4/16
  • Привод ГРМ – ремень
  • Диаметр цилиндра – 82 мм
  • Ход поршня – 84 мм
  • Мощность л.с. (кВт) – 122 (90) при 6050 оборотах в минуту
  • Крутящий момент – 170 Нм при 3700 оборотах в минуту
  • Максимальная скорость – 186 километров в час
  • Разгон до первой сотни – 10.9 секунд
  • Тип топлива – бензин марки АИ-92
  • Расход топлива по городу – 8,6 литра
  • Расход топлива в смешанном цикле – 6,8 литра
  • Расход топлива по трассе – 5,8 литра

Система питания 1.8 литрового мотора, это распределённый впрыск топлива с электронным управлением. Двигатель соответствует экологическим стандартам Евро-5.

Скорее всего уже в следующем году россияне смогут купить Лада Х Рей 1.8 с механической коробкой. Основная проблема с которой столкнулись инженеры “Автоваза” при тестах нового агрегата с МКПП, это неспособность коробки “переварить” высокий крутящий момент. Были даже варианты конструкции, при которой 1.8-литровый мотор сочетали с механикой от Рено Дастер. Однако, в итоге на ВАЗе решили использовать модернизировать собственную 5-ступенчатую механику, что бы подогнать её под довольно мощный движок. После доработки МКПП ВАЗ-2180 появилась модификация механического агрегата под заводским обозначением ВАЗ-21807. Именно эта механическая коробка и появится в скором времени на Лада Х Рей 1.8 литра.

Двигатель Лада X-Ray: характеристики, описание, обслуживание, ремонт

Двигатель Лада XRay — это модернизированные силовые агрегаты, повышенными техническими характеристиками, которые должны максимально улучшить показатели динамики и мощности отечественного кроссовера.

Технические характеристики двигателя

Автомобили класса X Ray — это первый кроссовер отечественного производства, который должен создать конкуренцию заграничным популярным транспортным средствам. Автомобиль оснащён множеством новшеств.

На Лада Х Рей установлены двигатели, как отечественного производства, так и японские. Таким образом, автомобилисту есть с чего выбрать, поскольку от установленного силового агрегата зависит стоимость.

Рассмотрим, основные технические характеристики силовых агрегатов установленных на кроссовере:

Мотор ВАЗ 21129

Наименование Описание
Марка 21129
Маркировка 1596 см. куб.
Мощность 106 лошадиные силы
Тип Инжекторный
Топливо Бензин
Клапанный механизм 16 клапанный
Количество цилиндров 4
Расход горючего 7,5 литров
Эконорма Евро-5
Ресурс 200 — 250 тыс. км

ВАЗ 21179

Наименование Характеристика
Марка 21179
Маркировка 1774 см. куб.
Мощность 122 лошадиные силы
Тип Инжекторный
Топливо Бензин
Клапанный механизм 16 клапанный
Количество цилиндров 4
Расход горючего 7,7 литров
Эконорма Евро-5
Ресурс 200 — 250 тыс. км

Двигатель HR16DE:

Наименование Характеристика
Производитель Nissan
Марка HR16DE
Маркировка 1598 см. куб.
Мощность 110 лошадиные силы
Тип Инжекторный
Топливо Бензин
Клапанный механизм 16 клапанный
Количество цилиндров 4
Расход горючего 6,8 литров
Эконорма Евро-5
Ресурс 250-300 тыс. км

К двигателю комплектовались в основном 5-ти ступенчатыми механическими коробками переключения передач, производства Франция, с маркировками JR5 512, JR5 518 и JR5 523. Но, также, можно встретить модели, где установлена отечественная механическая КПП — ВАЗ 21809. Кроме этого, на транспортное средство ставится роботизированная коробка передач с маркировкой ВАЗ 21827.

Обслуживание

Техническое обслуживание, характерное для автомобилей производства АвтоВАЗ. Основные операции проведения обслуживания являются — замена масла и масляного фильтра. Для смены смазочной жидкости необходимо 3,2 литра моторного масла. В свою очередь, в мотор влезает 3,5 литра смазки.

Рекомендуется заливать полусинтетические моторные масла с маркировкой — 5W-30, 5W-40, 10W-40, 15W40.

Карта технического обслуживания выглядит следующим образом:

ТО-1: Замена масла, замена масляного фильтра. Проводиться после первых 1000-1500 км пробега. Этот этап ещё называют обкаточный, поскольку происходит притирка элементов мотора.

ТО-2: Второе техническое обслуживание проводиться спустя 10000 км пробега. Так, Снова меняются моторное масло и фильтр, а также воздушный фильтрующий элемент. На данном этапе также проводится замер давления на двигателе и регулировка клапанов.

ТО-3: На данном этапе, который выполняется спустя 20000 км, проводиться стандартная процедура замены масла, замена топливного фильтра, а также диагностика всех систем мотора.

ТО-4: Четвёртое техническое обслуживание, пожалуй, самое простое. Спустя 30000 км пробега меняется только масло и масляный фильтрующий элемент.

ТО-5: Пятое ТО для двигателя, как второе дыхание. На этот раз меняется много чего. Итак, рассмотрим, какие элементы полежат замене в пятом техническом обслуживании:

  • Замена масла.
  • Замена фильтра масляного.
  • Замена воздушного фильтра.
  • Замена топливного фильтрующего элемента.
  • Меняются ремень ГРМ и ролик.
  • При необходимости ремень генератора.
  • Водяной насос.
  • Прокладка клапанной крышки.
  • Другие элементы, которые необходимо заменить.
  • Регулировка клапанов, при которой регулируется газораспределительный механизм.

Последующее проведение технического обслуживания проводится согласно карты проведения 2-5 ТО по соответствующему пробегу.

Неисправности и ремонт

О проблемах отечественных силовых агрегатов известно почти всё. Так, зачастую основной неисправностью становится система впрыска и зажигания. Ещё одну проблему, с которой АвтоВАЗ борется уже достаточно давно, является — термостат и перегрев двигателя.

Что касается силовой установки производства Ниссан, то это эволюционное решение известного мотора К4М. И даже с обновлением линейки движков, не обошлось, без известных многим автолюбителям проблем. Так, силовой агрегат имеет свист и вибрацию, что свидетельствует о скорой кончине ремня газораспределительного механизма. Также, причиной возникновения таких эффектов является износ правой подушки двигателя, что случается достаточно часто.

Также, учитывая практику и отзывы владельцев этого силового агрегата, распространённой неприятностью является поломка блока управления реле зажиганием, что приводит к глохнущему мотору.

Тюнинг

Единственным правильным и недорогим решением доработки мотора становится установка спортивной прошивки. Также, для увеличения мощности можно установить турбонаддув производства VolksWagen, а также прямоточной системы выхлопа.

Вывод

Двигатель, установленный на Лада Х Рей — это разных варианта силовых агрегатов, как отечественно, так и импортного производства. Обслуживание движков характерно для АвтоВАЗ и моторов производства Рено. Что касается неисправностей, то они остались те, что были у предшественников.

Лада

лошадиных сил. Какой двигатель на ладу x ray cross

На отечественном рынке новый лад появился в четырех возможных комплектациях, два из которых получаются при покупке дополнительных пакетов опций. Однако АвтоВАЗ на этом не остановился и решил расширить модельный ряд, представив три варианта двигателей Lada x Rey Cross. Таким образом, благодаря различным вариантам моторов на ладовой рентгенограмме получилось семь возможных комбинаций модели. Давайте разберемся, какие двигатели АвтоВАЗ устанавливает на ладу x Rey и его версию Cross.

Двигатель ВАЗ-21129

Бюджетная модель рентгеновских ладов, как и Lada Vesta, получила отечественный двигатель ВАЗ 21129. Этот двигатель на x Ray сумел показать себя лучше на более ранних моделях. Однако именно для xRay установлено значение optima.

  • Рабочий объем — 1597 см3
  • Привод ГРМ — ремень
  • Диаметр цилиндра — 82 мм
  • Ход поршня — 75,6 мм
  • Мощность л.с. / кВт — 106/78 при 5800 об / мин
  • Крутящий момент — 148 Нм при 4200 об / мин
  • Максимальная скорость — 170 километров в час
  • Разгон до первой сотни — 11.9 секунд
  • Расход топлива по городу — 8,5 литра
  • Расход топлива в смешанном цикле — 7,3 литра
  • Расход топлива по трассе — 5,7 литра

В связи с повышенным коэффициентом надежности этот мотор долгое время использовался производителем на различных моделях ладов. Мотор имеет хороший ресурс и практически не нуждается в ремонте , так как проблемы с ним возникают довольно редко. Но его мощности недостаточно для тяжелой машины.

С 1.6-литровый двигатель Lada x Ray Cross, номинальная мощность составляла 106 лошадиных сил. Он имеет 16 поршневых клапанов, что обеспечивает более высокий уровень производительности по сравнению с его аналогом с 8 поршневыми клапанами. Мотор в рентгене расходует топливо быстрее, чем остальные варианты. Показатель на 100 километров при смешанном стиле езды составляет 7,5 литра, что может негативно сказаться на выборе будущего автовладельца.

Самый слабый двигатель Lada xRay Cross, способный разогнать машину до сотни за 11.9 секунд. Причем его максимальная скорость составит 170 км / ч. Для такого хэтчбека это довольно низкий показатель, который не позволит почувствовать необходимую динамику.

Этот мотор работает в паре с французской 5-ступенчатой ​​механической коробкой передач, используемой на Renault Logan второго поколения. В отличие от своего российского аналога, он серьезно снижает уровень шума при работе и является огромным преимуществом для данной модели.

Двигатель Nissan h5Mk

На уровень выше в линейке xRay Cross находится двигатель h5Mk.Это дизайн Nissan, который широко использовался в Lada Vesta. Как и предыдущая версия, он работает в паре с французской механической коробкой передач. Это решение положительно сказалось на динамических качествах автомобиля. Раньше этот двигатель устанавливался с комплектацией Lada xRay top и на данный момент присутствует только на юбилейных автомобилях.

  • Рабочий объем — 1598 см3
  • Количество цилиндров / клапанов — 4/16
  • Привод ГРМ — цепной
  • Диаметр цилиндра — 78 мм
  • Ход поршня — 83.6 мм
  • Мощность л.с. / кВт — 110/81 при 6000 об / мин
  • Крутящий момент — 156 Нм при 4000 об / мин
  • Максимальная скорость — 171 километр в час
  • Разгон до первой сотни — 10,3 секунды
  • Расход топлива — н / д а

Этот двигатель имеет объем 1,6 л и 16 поршневых клапанов. На разных автомобилях показатель мощности этого двигателя варьируется от 114 до 118 лошадиных сил, однако, чтобы адаптировать машину к реалиям наших дорог, показатель мощности снижен до 110 лошадиных сил.

Двигатель придал кроссоверу более серьезную динамику, что особенно полезно на трассе при обгонах. Разгон до сотни самый высокий в линейке и составляет 10,3 секунды, но максимальная скорость увеличилась незначительно, всего до 171 км / ч. Расход топлива в рентгене с данным силовым агрегатом составил 6,9 литра, что было самым низким показателем во всей линейке.

Двигатель ВАЗ-21179

Причина того, что флагманская комплектация рентген имеет меньшую разгонную динамику, — роботизированная 5-ступенчатая коробка передач.Этот недостаток можно уменьшить, используя ручное переключение передач. Но у автоматических трансмиссий есть свои преимущества, так как расход топлива снижается до 7,1 литра на 100 километров при смешанном стиле вождения.

Силовые агрегаты ВАЗ 21179 и Х5Мк применяются в комплектациях Престиж, Топ и Комфорт. Исключением стала бюджетная версия автомобиля.

Оборудование Цена Двигатель КПП
1.6 Оптима MT 629900 ₽ бензин 1.6, 106 л.с. Механическая 5
1.6 Optima MT Кондиционер 654900 ₽ бензин 1.6, 106 л.с. Механика 5
1.8 Оптима МТ Кондиционер 679900 ₽ бензин 1.8, 122 л.с. Механика 5
1.6 Comfort MT 6 бензин 1.6, 106 л.с. Механика 5
1.8 Оптима AMT Кондиционер 704900 ₽ бензин 1.8, 122 л.с. АКПП 5
1.8 Комфорт MT 715900 ₽ бензин 1.8, 122 л.с. Механика 5
1.8 Cross Classic MT 729900 ₽ бензин 1.8, 122 л.с. Механика 5
1.6 Luxe MT 740900 ₽ бензин 1.6, 106 л.с. Механика 5
1.8 Комфорт AMT 740900 ₽ бензин 1.8, 122 л.с. АКПП 5
1.8 Luxe MT 765900 ₽ бензин 1.8, 122 л.с. Механика 5
1.8 Cross Classic Optima MT 766900 ₽ бензин 1.8, 122 л.с. Механика 5
1.6 Luxe Prestige MT 769 900 ₽ бензин 1.6, 106 л.с. Механика 5
1.8 Luxe AMT 7 бензин 1.8, 122 л.с. АКПП 5
1.8 Luxe Prestige MT 803900 ₽ бензин 1.8, 122 л.с. Механика 5
1.8 Cross Comfort MT 809900 ₽ бензин 1.8, 122 л.с. Механика 5
1.8 Luxe Prestige AMT 828 900 ₽ бензин 1.8, 122 л.с. АКПП 5
1.8 Exclusive MT 835900 ₽ бензин 1.8, 122 л.с. Механика 5
1.8 Cross Luxe MT 859900 ₽ бензин 1.8, 122 л.с. Механика 5
1.8 Exclusive AMT 860900 ₽ бензин 1.8, 122 л.с. АКПП 5
1.8 Cross Luxe Prestige MT 888 900 ₽ бензин 1.8, 122 л.с. Механика 5

Какой двигатель лучше всего на Лада х Рэй Кросс?

Двигатель 21129 используется в базовой комплектации нового лада и имеет значительно меньшие характеристики по сравнению с ВАЗ-21179.Особенно индикатор экономии топлива.

Специалисты советуют присмотреться к более дорогим вариантам xRay. Ведь, заплатив 39000 рублей, можно очень много сэкономить в долгосрочной перспективе. Если машину активно эксплуатировать, то эти затраты окупаются еще быстрее. Также намного приятнее водить более динамичную модель автомобиля.

Любителям механики стоит обратить внимание на 122-сильный мотор, здесь доплата с бюджетной версии составит 64000 рублей. Но в эту стоимость входит не только более мощный двигатель и АКПП, но и более богатый функционал мультимедийных систем.Также ожидается, что именно этот силовой агрегат будет установлен на бюджетную версию полноприводной Lada XRay Cross.

Универсал Лада Веста SW Cross

Новый автомобиль российского производства Lada Iks Rey выпускается с тремя вариантами двигателей. Среди которых можно будет выбрать как мощный двигатель, предназначенный для повышения скоростных характеристик и проходимости автомобиля, так и более экономичные варианты с меньшими показателями мощности для людей, предпочитающих двигатель с низким расходом топлива под капот.

В арсенале новых ДВС 106, 110 и 122 л.с. И устанавливаются они в зависимости от комплектации Lada Xray. Двигатели АвтоВАЗа, устанавливаемые на Lada Iks Rey, выполнены с соблюдением европейских стандартов качества и максимально безопасны для окружающей среды. Каждый агрегат имеет индивидуальные особенности и определенные технические характеристики, о которых будет сказано далее по тексту.

Возможные варианты ДВС для Lada X Rey

Lada X Rey имеет три двигателя , которые предлагаются покупателям на выбор:

  • ВАЗ-21129 — эта версия используется в базовой версии Lada X Rey и имеет мощность 106 лошадей;
  • HR16DE — двигатель зарубежных партнеров, он надежен, имеет мощность 110 л.с.
  • ВАЗ 21179
  • — самый мощный двигатель из тех, что устанавливаются на Lada Xray, он имеет 122 л.с.

Все двигатели, которые устанавливаются на Lada X Ray, работают на бензине, а самая мощная версия ВАЗ имеет специальную автоматическую механическую коробку передач ВАЗ.

Двигатель ВАЗ-21129

Этот двигатель, предназначенный для установки на Lada Xray, отличается от аналогов специальной системой впуска. При его работе на малых оборотах воздух подается иначе — через вытянутые впускные каналы. В случае увеличения скорости воздух начинает течь по коротким каналам.В результате изменяется состав и консистенция топливной смеси, в первом случае она плохо насыщена кислородом, а во втором — наоборот. Такой принцип работы позволяет значительно увеличить мощность агрегата при относительно небольшом расходе топлива. При отсутствии такой системы аналогичный аппарат выдает не более 98 лошадей.

Этот двигатель для Lada X Rey будет производиться только в тандеме с 5-ступенчатой ​​коробкой передач Renault. Силовой агрегат ВАЗ-21129 имеет следующие характеристики:

  • объем — 1597 кубических сантиметров;
  • баллонов в количестве 4 шт .;
  • 16 клапанов;
  • ременная передача;
  • цилиндр имеет диаметр 82 миллиметра;
  • мощность — 106 л.с.

Lada Iks Rey, оснащенная таким двигателем, способна за 11 раз развивать скорость до ста км / ч.9 секунд. При таких параметрах машина чрезвычайно экономична. Циклов и расход топлива:

В то же время Lada X Rey в сочетании с этим двигателем способна развивать скорость до 170 км / ч.

HR16DE и его особенности

Этот двигатель, который можно получить с новой Lada X Ray, имеет такой же объем — 1,6 литра. Но при аналогичном объеме он имеет большую мощность, которая составляет 110 лошадиных сил. HR16DE был разработан для российского автомобиля дружественным концерном Renault-Nissan. Он успел зарекомендовать себя на некоторых моделях этих производителей и широко известен во всем мире.Поэтому можно с уверенностью сказать, что у Lada Xray агрегат мирового уровня. Новый двигатель имеет ряд принципиальных отличий по отношению к приборам ВАЗ, которые комплектуются чугунными блоками и обычными ремнями. Агрегат имеет отличную репутацию и многообещающие характеристики. Однако время покажет, какой вариант лучше.

HR16 комплектуется алюминиевым блоком цилиндров. Головка блока цилиндров изготовлена ​​из алюминиевого сплава. Вместо ремня ГРМ у этого устройства более прочная и долговечная металлическая цепь.Двигатель выполнен без гидрокомпенсаторов, но при этом снабжен системой изменения фаз газораспределения. На каждый цилиндр распределяется по две форсунки.

На автомобиль Lada Iks Rey двигатель HR16 устанавливается в паре с французской коробкой передач от Renault. По отзывам автолюбителей можно сделать вывод, что HR16 имеет отличную динамику и работает безотказно. Характеристики двигателя:

  • объем — 1598 см3;
  • имеет 4 цилиндра, 16 клапанов;
  • вместо ремня ГРМ используется цепь;
  • цилиндр имеет диаметр 78 миллиметров;
  • мощность — 110 л.с.

Чтобы с нуля набрать скорость в сотню км / ч, Lada Xray потратит 10.3 секунды. А максимальная скорость составляет 171 км / ч.

ВАЗ-21179

Самый мощный двигатель для Lada Xray был произведен непосредственно на АвтоВАЗе. Обладает прекрасными техническими характеристиками и сочетается с роботизированной коробкой передач. Для Lada Iks Rey этот агрегат был разработан филиалом АвтоВАЗа под названием «СуперАвто».

Больший объем в этом двигателе достигается за счет увеличения хода самого поршня, а не за счет расточки блока цилиндров, как это делалось ранее.Изменены размеры шатунов и коленвала. В сборке мотора используются импортные графитовые поршни известной марки Federal-Mogul.

Этот новый двигатель, используемый в Lada Xray, содержит меньше мелких деталей, что повышает его надежность и производительность без снижения производительности. Агрегат обладает внушительным крутящим моментом. Lada Xray с таким двигателем потребляет значительно меньше масла. Двигатель ВАЗ 21179 для Lada Xray имеет следующие технические характеристики:

  • объем — 1797 кубических сантиметров;
  • 4 цилиндра / 16 клапанов;
  • ременной привод ГРМ;
  • Цилиндр
  • D — 84 мм;
  • Мощность — 122 л.с.

С такими параметрами ДВС Lada Xray будет развивать макс.Скорость 182 км / ч. Автомобиль разгонится до сотни всего за 10 секунд. Расход топлива в зависимости от ездового цикла:

Lada Xray с таким двигателем будет обладать отличными скоростными качествами, но при этом позволит сэкономить на топливе.

22.02.2017

Lada X Ray (Лада X Ray) — небольшой кроссовер от АвтоВАЗа, созданный на платформе B0 (Renault Duster, Sandero и др.) И выпускаемый с 2016 года. Этот автомобиль, несмотря на внешний вид небольшого джипа, имеет переднюю часть. -колесная подвеска.Цель Lada X Ray — завоевать часть рынка в достаточно известном и растущем сегменте малогабаритных кроссоверов.

Lada Конкуренты Lada X Ray: Renault Duster / Sandero, Nissan Terrano, Hyundai Creta, Cherry Tiggo, Great Wall M4, Geely MR Cross и другие подобные внедорожники.

Как и все последние модели из Тольятти, Рентген получил новейший мотор. Фактически на автомобиль установлено 2 мотора — первый от Лада Веста, агрегат 21129 объемом 1,6 л. Второй — с двигателем Nissan HR16 (h5M), более дорогой вариант, но объем такой же, как на Русский 1.6-литровый двигатель. Более тяговитые Lada X Ray комплектуются двигателями 21179 объемом 1,8 л, мощность которых достигает 122 л.с.


сайт расскажет о моторах X Ray, чем они выделяются, расскажет об основных трудностях в обслуживании и о предпосылках для различных проблем. И, конечно же, о технических свойствах, ресурсе, требуемом масле и периодичности замены. Коснемся темы настройки мотора, как увеличить мощность без снижения ресурса мотора.

Двигатель 21179:


В моторе полностью использован блок цилиндров от Priora 21126, высотой 197,1 мм, с немного улучшенной системой охлаждения и масляным каналом для фазовращателя. Поставлялись поршни — 82 мм и высотой 26,7 мм, коленчатый вал с ходом поршня 84 мм, шатуны 128 мм. Вес шатунов и поршней примерно такой же, как у 126-го двигателя.
Собрав мотор с этими деталями, можно было получить рабочий объем 1.8 литров.
Вверху установлена ​​доработанная ГБЦ 21126, установлена ​​новая прокладка. Впервые на впускном распредвале была применена система изменения фаз газораспределения. Диапазон регулировки 30 градусов, сами распредвалы полые, легкие. Установлены увеличенные впускные и выпускные клапаны, диаметр впуска 31 мм, выпуска 28 мм, диаметр ног уменьшен до 5 мм. Эта головка получила улучшенное охлаждение, доработанные каналы с клапанными пружинами.

Блок управления двигателем поменяли на М86, поставили электронную дроссельную заслонку, рабочие форсунки, доработанный масляный насос, доработанный масляный поддон, конечно же — новый насос и выпускной коллектор.В двигателе 21179 используется обычный пластиковый впускной коллектор без изменения длины.
Все эти инженерные изменения добавили увеличения мощности и крутящего момента во всем диапазоне — 122 л.с. при 6050 об / мин, крутящий момент 170 при 3750 об / мин.
В ремне ГРМ используется зубчатый ремень; замена ремня желательна примерно каждые 90 тыс. км.
Двигатель 21179 при обрыве ремня гнет клапана, как и у других последних моторов АвтоВАЗа: 21127, 21129 и др. К сожалению, в связи с небольшим пробегом автомобилей с новым двигателем, информации по критическим вопросам у нас пока нет.Но редакция сайта внимательно следит за этим движком и обязательно добавит информацию по получении.

Renault-Nissan h5M-HR16DE двигатель:

Это эволюция раннего K4M. Двигатель отличный, к бензину требовательнее, рекомендуется заливать 95 бензин. В системе ГРМ используется достаточно надежная цепь, и раннее растяжение не помешает. Система изменения фаз газораспределения, фазовращатель установлен на впускном валу, используется дроссельная заслонка с электронным управлением, но зазоры клапанов нужно регулировать, гидролифтеров нет.Зазоры регулируются подбором толкателя один раз в 80-100 тыс. Км. Шум и стук двигателя — главный признак скорой езды на регулировку.

Данный двигатель прошел модернизацию, были изменены распредвалы, теперь установлены по две форсунки на каждый цилиндр, увеличилась экономия топлива, немного увеличилась мощность, уменьшились обороты холостого хода, двигатель стал соответствовать требованиям Евро 5 и др., менее значимые, трансформации.

Неисправности и способы ремонта на HR16DE-Н4М:

1.Свист двигателя. Необходимо подтянуть или заменить ремень генератора.

2. Двигатель глохнет. Проблема скорее всего в реле блока генератора. При такой неисправности есть риск остановки посреди дороги. Проблема решается заказом нового реле блока зажигания.

3. Прогорание кольца выхлопной трубы. Как правило, при разгоне на средних оборотах слышен более зловещий звук. Смените пэд, и вы сможете наслаждаться тишиной.

4.Вибрация двигателя. Обычно это симптом надвигающейся кончины правой подушки двигателя HR16DE-h5M. Замена решит все проблемы.

К тому же двигатель HR16DE-h5M плохо заводится и глохнет на морозе от -15 С, можно свечи поменять, но в целом это такая неприятная особенность двигателя. Поэтому лучше всего поставить подогреватель двигателя типа Вебасто.

Вариант настройки

: популярным способом увеличения мощности является настройка микросхемы. Чип-тюнинг HR16DE принципиально ничего не изменит, прирост не более ~ 5%, обычно это самовнушение и реальной пользы на этом движке нет.Для более значительного прибавки понадобится выпускной коллектор 4-2-1 и прямоточная вытяжка, на 2-х дюймовой трубе совмещаем забор холодного воздуха с прошивкой. В любом случае это не даст большого прироста до максимума 125 л.с., можно конечно поставить наддув и дальше, но это приведет к уменьшению ресурса.

Двигатель 21129:

Это модифицированная версия двигателя 21127. Он комплектуется чугунным блоком цилиндров, как у 27-го двигателя, шатунами 133 мм, поршнями 82 мм, коленчатым валом с ходом поршня 75.6 мм. Конечно, под X Ray были изменены опоры двигателя 129.
ГБЦ полностью от 21127 с полным соблюдением регулировок впускных коллекторов.
Основные отличия двигателя ВАЗ 21129 от 21127: изменена система подачи воздуха, настроена выхлопная система на Евро-5, в результате диаметр выхлопа составил 40 мм, добавлен новый блок управления.
Все эти изменения позволили повысить экологические данные до Евро-5 и не потерять мощность — 106 л.с., как на двигателе предыдущей модификации.

По ощущениям многих владельцев мотор стал ездить снизу лучше, чем обычный 126 движок, на верхних оборотах изменения несущественные.

21129 проблемы и неисправности двигателя:

  1. Двигатель 21129 гнет клапан при обрыве ремня, поэтому лучше первые 90 тыс км поменять ремень. По остальным характеристикам это тот же приоровский двигатель.
  2. Двигатель троит. Необходимо промыть форсунки, проверить свечи зажигания или катушку зажигания, а также измерить компрессию, чтобы исключить проблему перегорания клапана.
  3. Частота вращения коленчатого вала двигателя плавающая и двигатель работает неравномерно, обычная болезнь 16-ти клапанных двигателей от ВАЗ. Почистите дроссельную заслонку, вполне вероятно, что датчик положения дроссельной заслонки почти сдох, и, возможно, также вышла из строя регулировка холостого хода.
  4. Не нагревается до рабочей температуры. Проблемы в термостате или слишком сильные морозы, тогда на решетку радиатора нужно использовать старые картонные коробки. Да, к сожалению, это чуть ли не единственный способ согреться, автоматических жалюзи с завода нет.
  5. Двигатель не запускается. Проблема, скорее всего, в стартере, катушке зажигания, свечах зажигания, бензонасосе, топливном фильтре или регуляторе давления топлива.
  6. Двигатель шумит или стучит. Это происходит довольно часто на всех двигателях Lada. Проблема в гидроподъемниках, может стукнуть шатун и коренные подшипники, к сожалению это уже серьезно!
Б / у марки двигателей Двигатель ВАЗ 21179 1.8 л. Двигатель Nissan-Renault HR16DE-h5M 1.6 л. Двигатель Лада Веста 1.6 л. (ВАЗ 21129)
Производство АвтоВАЗ Завод в Йокогаме
Dongfeng Motor Company
АвтоВАЗ
АвтоВАЗ
Марка двигателя 21179 HR16DE / h5M 21129
Годы выпуска 2016-настоящее время 2006-настоящее время 2015-настоящее время
Материал блока цилиндров чугун алюминий чугун
Система снабжения инжектор инжектор инжектор
Тип рядный рядный рядный
Количество цилиндров 4 4 4
Клапаны на цилиндр 4 4 4
Ход поршня, мм 84 83.6 75,6
Диаметр цилиндра, мм 82 78 82
Степень сжатия 10,3 10,7 10,5
Объем двигателя, куб. См 1774 1598 1596
Мощность двигателя, л.с. / об / мин 122/6050 108/5600
114/6000
117/6000
106/5800
Крутящий момент, Нм / об / мин 170/3750 142/4000
156/4400
158/4000
148/4200
Топливо 92-95 95 92-95
Экологические стандарты Евро 5 Евро 4/5 Евро 5
Масса двигателя, кг 110 п.d. 109
Расход топлива, л / 100 км (для X Ray)
— город 8,6 8,9 9
— колея 5,8 5,5 5,3
— смешанный. 6,8 6,4 6,6
Расход масла, гр. / 1000 км до 200 до 500 до 200
Моторное масло 0W-30 0W-30 0W-30
0W-40 0W-40 0W-40
5W-30 5W-30 5W-30
5W-40 5W-40 5W-40
10W-30 10W-30 10W-30
10 Вт-40 10W-40 10W-40
15 Вт-40 15W-40 15W-40
Сколько масла в двигателе, л 4.4 л. 4,3 л. 4,4 л.
Произведена замена масла, км 15000 (лучше 7500) 15000
(лучше 7500)
3,2 (АМТ)
4,4 (МКПП)
Температура эксплуатации двигателя, град.
Ресурс двигателя, тыс. Км
— по данным завода 200 тыс. Км п.d. 200 тыс. Км
— на практике еще не известно 250+ еще не известно
Тюнинг
— потенциал + 150 тыс. Км. 150+ тыс. Км + 150 тыс. Км.
— без потери ресурса еще не известно ~ 125 еще не известно
Двигатель был установлен Лада Веста / Lada X Rey Nissan note
Nissan Tiida
Nissan Qashqai
Nissan Sentra
Nissan juke
Lada Vesta
Lada x-ray
Nissan Micra
Nissan Wingroad
Nissan cube
Nissan Bluebird Sylphy
Nissan latio
Nissan grand livina
Nissan grand livina
Nissan grand livina
Nissan
Лада Веста / Lada X Rey
Сообщить об ошибке

Выделите его и нажмите Ctrl + Enter

Kia ​​намерена поднять популярность своих электрических моделей, а потому вместе с Soul EV и e-Niro в продаже может появиться электрооборудование кроссовера Kia Seltos.Только недавно его представили поклонникам марки.

Корейские СМИ сообщили, что внедорожник оснастят электроприводом, он получит силовой агрегат мощностью 201 л.с. и аккумулятор на 64 кВт / ч. На одном заряде Soul EV сможет проехать 452 километра, в режиме WLTP — 485 километров.

Электромобиль поступит в продажу сразу в двух комплектациях, одна из которых будет оснащена аккумулятором на 39,2 кВтч, двигателем мощностью 134 л.с. и запасом хода 277–312 километров соответственно.

В отчете производителя указано, что электрический кроссовер не выйдет из Азии, поэтому ожидать его в Европе и США не стоит. Производство электрической версии модели должно начаться в конце лета будущего года.

Toyota Land Cruiser 200 выпускается с 2007 года. Это настоящий старожил рынка. И дело здесь не в том, что он стоит на конвейере 12 лет, а в том, что он при этом лидер сегмента, потому что продажи с каждым годом только растут.

И все это связано с тем, что брутальный японский внедорожник постоянно совершенствуется и модернизируется, а также пополняется новыми версиями. И один из последних Land Cruiser 200 TRD. Чем интересна эта машина? Может ли это стать новым конкурентом GLS 63 AMG или X7M?

Что такое TRD? TRD означает Toyota Racing Development. Это специальное подразделение марки, которое занимается доводкой автомобилей. Это как AMG или M Perfomance.Но есть некоторые отличия.

Дизайн на первом месте. Какие обвесы не устанавливались на Land Cruiser 200. Сначала это были проекты от известного тюнингового ателье, но теперь Toyota периодически самостоятельно выпускает новые версии. А последняя версия — Land Cruiser 200 TRD.

Прежде всего, автомобиль отличается от гражданской версии спортивным обвесом. Здесь и передний бампер очень массивный, а в задних свесах большие.Все это ухудшает проходимость. Все остальные детали кузова точно такие же, как у гражданской версии. По стилю обвес напоминает версию Executive Lounge, но имеет более острые края и шильдики TRD. Логотип TRD размещен на пятой двери и решетке радиатора.

Интерьер. В салоне изменилась только кнопка запуска двигателя, больше здесь ничего нового. Единственное, что стало немного больше изделий из натуральной кожи. В остальном все идентично стандартным версиям.Внутри японского рамного внедорожника традиционно просторно, комфортно и уютно. Эргономика на высшем уровне. Если только уровень мультимедиа не разочаровывает. Такие деньги могли бы улучшить ситуацию. Но зато есть камеры кругового обзора, поэтому видимость здесь идеальная. А водительское положение высокое за счет наличия рамы.

Двигатель и ходовые качества. В спецверсии ничего не меняли. Автомобиль укомплектован такими же двигателями: 4.Дизель 5 л, 249 л.с., бензин 4,6 л, 309 л. И надо сказать, что машина едет очень бодро.

Сравнивать этот внедорожник с рамой и задней осью с Mercedes-Benz или BMW просто бессмысленно. Но есть одно но. В версии TRD автомобиль серийно оснащается адаптивной подвеской. Также можно установить величину дорожного просвета. Это очень удобно. Из всех двигателей Land Cruiser 200 стоит отметить только один недостаток. Они очень прожорливы. Если вы водите машину с дизельным двигателем, вы без проблем сможете достичь расхода топлива в 17-19 литров дизельного топлива на 100 километров.

Вождение по бездорожью. Именно здесь внедорожник проявляет себя во всей красе. Также есть гидропневматическая подвеска, система KDSS и Crawl Control. Также можно заблокировать задний мост. Особенно на бездорожье помогают камеры кругового обзора. А для большей безопасности вы можете отключить подушки безопасности. На бездорожье это необходимо. В этом Land Cruiser 200 лучший. И все это знают.

Двигатель — это сердце автомобиля, его темперамент и страсть. От того, какой двигатель установлен на автомобиле, зависят не только скоростные и «силовые» характеристики автомобиля, но и темперамент, и общая энергия.

В этой статье мы рассмотрим установленные на них блоки питания. Их характеристики, плюсы и минусы, а также основные проблемные места и частые поломки. Итак, приступим!

АвтоВАЗ предлагает три двигателя для установки на Lada Xray:

Самый молодой двигатель в линейке Lada Xray — атмосферный двигатель ВАЗ.

Двигатель уже привычный (ВАЗ 21129) и серьезных проблем доставлять не должен, но все же необходимо учитывать возможные «скользкие моменты», а также знать варианты их решения:

Нестабильная работа двигателя ВАЗ и невозможность его запуска, наверное, самые частые «скачки» данной модели двигателя.Они могут быть спровоцированы сбоями в работе ГРМ, проблемами с давлением топлива, «всасыванием» воздуха, поломкой дроссельной заслонки, а также неисправностью некоторых датчиков.

Также возможна потеря мощности на установке. Основная причина этого — прогоревшая прокладка, в результате чего снижается компрессия в цилиндрах, а также износ узлов (прогорание поршней, износ колец и цилиндров). Впрочем, владельцы нового Xray с такими проблемами не сталкиваются (по крайней мере, на первых порах).

Двигатель Lada Xray (ВАЗ 21127) может начать подрыв … Поможет промывка форсунок двигателя или замена высоковольтных проводов Но процедура не всегда помогает, поэтому обратите внимание на работу катушки зажигания, свечей зажигания и измерить компрессию. Однако лучше сразу отправиться на СТО.

Иногда возникает проблема с прогревом двигателя до рабочей температуры. «Таблэтка» одна — поменять термостат.

Шумы и стуки в двигателе Lada Xray вызывают проблемы с гидравлическими подъемниками и проблемами с коренными и шатунными подшипниками.Иногда это могут быть поршни …

Более мощный (но ненамного) атмосферный двигатель от Nissan.

После пробега 120 тысяч километров ремень генератора и роликовый подшипник «натяжителя» может потребовать замены. Обратите внимание на работу водяного насоса на Xray. Мотор пока больших проблем не показал. Остальные работы выполняются строго по регламенту T.O. через 15 тыс. км. До 100 тыс. Км масло менять каждые 15 тыс. Км.Производитель рекомендует синтетику: ELF Evolution SXR 5W-30 или ELF Evolution SXR 5W-40. После 100 тыс. Км замену масла проводить не менее 8 тыс. Км. Свечи зажигания заменяются строго через 15 тыс. Км.

Двигатель ВАЗ / Рикардо — третий двигатель в линейке хэтчбеков Lada Xray.

Самый мощный двигатель не имеет серьезных и явных болезней, но не помешает обратить внимание на следующие вопросы:

1. Растяжка цепи ГРМ (ГРМ).Это типично для этих двигателей. Об этой поломке вам скажут следующие симптомы: двигатель плохо заводится, присутствуют провалы тяги, холостой ход плавающий, повышенный шум. Проблема лечится простой заменой цепи, ресурс цепи около 150 тыс. Км ..

2. Двигатель 1.8 не запускается на Xray … Машина заводится не сразу, а с n-го раза. Решается вопрос чистки дроссельной заслонки и / или замены сетки бензонасоса.

3. Тихий, но раздражающий свист мотора. Вы, наверное, узнали источник — это ремень генератора, который решается заменой ролика ремнем.

4. Дергается на малых оборотах, это особенность двигателя, проблема решена новой прошивкой «мозга» Lada Xray.

У этих двигателей Xray недолговечные катализаторы, замена стоит прилично, дроссельная заслонка любит пачкаться и отклик на педаль акселератора снижается, этот вопрос решается обычной ее чисткой, но в целом двигатель обычный, как есть для бюджетной машины.

Двигатель Lada X Rey , точнее, двигатели для компактного российского кроссовера порадуют своей мощностью. Ведь с учетом габаритов и небольшого веса авто например 122 л.с. может хватит. Всего у Lada XRay будет три силовых агрегата. Все они бензиновые, атмосферные, рядные 4-х цилиндровые с 16-клапанным механизмом DOHC. Возможно, на этом совпадения и заканчиваются, иначе это разные силовые агрегаты. Все двигатели Lada X Ray представляют интерес, поэтому мы расскажем о каждом подробно.

Базовый двигатель X Ray ВАЗ-21129 рабочим объемом 1,6 л и мощностью 106 л.с. хорошо известен по другим моделям жигулей. Двигатель инжекторный, с многоточечным впрыском топлива с электронным управлением. При обрыве ремня клапан однозначно прогибается. Да, за ремнем ГРМ нужно следить. Но чугунный блок говорит нам о хорошей ремонтопригодности мотора. Этот силовой агрегат не имеет гидрокомпенсаторов; Регулировка осуществляется подбором специальных «копеек», как на обычном двигателе ВАЗ-2108.

Особенностью силового агрегата Lada XRay 1.6 (106 л.с.) можно считать оригинальную систему впуска. На малых оборотах двигателя воздух подается по более длинным впускным каналам, а при увеличении оборотов двигателя, наоборот, по коротким. То есть состав топливной смеси меняется с бедной на богатую и наоборот. Это позволило увеличить мощность практически во всех диапазонах работы двигателя. Без этой системы из двигателя можно было выжать всего 98 л.с.

Кстати, двигатель будет сочетаться только с 5-ступенчатой ​​механикой JR5 от Renault, но собранной на АвтоВАЗе. Далее подробные характеристики данного силового агрегата X-Ray.

Двигатель Lada X Ray 1.6 (106 л.с.), расход топлива, динамика

  • Рабочий объем — 1597 см3
  • Привод ГРМ — ремень
  • Диаметр цилиндра — 82 мм
  • Ход поршня — 75,6 мм
  • Мощность л.с. / кВт — 106/78 при 5800 об / мин
  • Крутящий момент — 148 Нм при 4200 об / мин
  • Максимальная скорость — 172 километра в час
  • Разгон до первой сотни — 11.7 секунд
  • Расход топлива по городу — 9,3 л.
  • Расход топлива смешанный — 7,0 л.
  • Расход топлива по трассе — 5,9 л.

Второй двигатель XRay такого же объема 1,6 л, но мощностью 110 л.с. Это разработка концерна Renault-Nissan. Двигатель на автомобилях Nissan называется HR16, Renault обозначается как h5M. Агрегат появился в 2006 году и с тех пор устанавливается на все серийные модели Renault-Nissan по всему миру.Производство этого двигателя освоено на АвтоВАЗе. Конструктивно агрегат серьезно отличается от двигателей ВАЗ с чугунным блоком и ремнем ГРМ.

Двигатель на базе Lada X Ray мощностью 110 л.с. алюминиевый блок цилиндров и алюминиевая головка блока цилиндров. Цепь ГРМ используется как цепь ГРМ. … 4-цилиндровый рядный 16-клапанный HR16DE или h5M не имеет гидравлических подъемников, но есть система изменения фаз газораспределения на одном валу. Из особенностей агрегата можно отметить наличие двух форсунок на цилиндр.Выглядит HR16 в сборе с вариатором вроде этого

Но на X-Ray он будет устанавливаться только с 5-ступенчатой ​​коробкой передач Renault. Динамика двигателя неплохая, ниже предлагаем более подробные характеристики.

Двигатель Lada XRay 1.6 (110 л.с.), расход топлива, динамика

  • Рабочий объем — 1598 см3
  • Количество цилиндров / клапанов — 4/16
  • Привод ГРМ — цепной
  • Диаметр цилиндра — 78 мм
  • Ход поршня — 83.6 мм
  • Мощность л.с. / кВт — 110/81 при 6000 об / мин
  • Крутящий момент — 156 Нм при 4000 об / мин
  • Максимальная скорость — 171 километр в час
  • Разгон до первой сотни — 10,3 секунды
  • Расход топлива — н / д

Ну и третий и самый мощный двигатель для X-Ray — агрегат ВАЗ рабочим объемом 1,8 литра и мощностью 122 л.с. Этот двигатель будет сочетаться не только с роботизированной машиной, но и с обычной механикой. Производством двигателя долгое время занималось дочернее предприятие АвтоВАЗа «Супер-Авто».Первоначально метод создания этого двигателя заключался в расточке блока цилиндров под большие поршни. То есть взяли обычный 1,6-литровый 16-клапанный мотор и расточили блок. У штатного 1,6-литрового двигателя диаметр цилиндра составляет 82 мм, а у модифицированного — 82,5 мм. Но недавно от этой модернизации отказались, так как ресурс двигателя был небольшим, а расход масла очень серьезным.

Теперь объем 1,8 литра получен в основном за счет увеличения хода поршня.То есть блок цилиндров тот же 1,6-литровый, но шатуны и коленвал иностранного производства и конечно другого размера. Да и сами поршни с графитовым покрытием зарубежные, фирмы Federal-Mogul. Надежная зарубежная шатунно-поршневая группа позволила снизить массу деталей, что неизбежно сказалось на устойчивости 1,8-литрового двигателя. Пропал дикий масляный жор, а ресурс мотора оказался не меньше, чем у обычного агрегата 1,6 л. В целом удалось сделать хороший мотор с повышенной мощностью, а главное с очень хорошим крутящим моментом.Кроме того, двигатель получил систему изменения фаз газораспределения на впускном валу.

Двигатель Lada X Ray 1.8 (122 л.с.), расход топлива, динамика

  • Рабочий объем — 1797 см3
  • Количество цилиндров / клапанов — 4/16
  • Привод ГРМ — ремень
  • Диаметр цилиндра — 82 мм
  • Ход поршня — 84 мм
  • Мощность л.с. / кВт — 122/90 при 6050 об / мин
  • Крутящий момент — 170 Нм при 3700 об / мин
  • Максимальная скорость — 185 км / ч (с АМТ 186 км / ч)
  • Разгон до первой сотни — 10.4 секунды (с AMT 12,3 секунды)
  • Расход топлива по городу — 9,3 л (с АМТ 8,6 л.)
  • Расход топлива смешанный — 7,4 л (с АМТ 6,8 л.)
  • Расход топлива по трассе — 5,8 л (с АМТ 5,8 л.)

Мотор легко усваивает бензин АИ-92.

Продвинутые приложения для микроскопии — обзор FRET- Oxford Instruments

FRET (иногда называемый Förster Resonance Energy Transfer ) позволяет определить близость двух флуорофоров.FRET — это один из ряда методов одиночных молекул, таких как TIRF, SIM и локализация сверхвысокого разрешения, которые приобрели популярность в последние годы. Резонансная передача энергии происходит только на очень короткие расстояния, обычно в пределах 10 нм, и включает прямую передачу энергии возбужденного состояния от донорного флуорофора к акцепторному флуорофору в качестве альтернативы затуханию флуоресценции от донора. При передаче энергии молекула акцептора переходит в возбужденное состояние, из которого она распадается эмиссионно (всегда с большей длиной волны, чем у акцепторного излучения).Возбуждая донора, а затем отслеживая относительные выбросы донора и акцептора, последовательно или одновременно, можно определить, когда произошел FRET и с какой эффективностью.

Флуорофоры могут быть использованы для специфической маркировки представляющих интерес биомолекул, а условие расстояния для FRET порядка диаметра большинства биомолекул (1-10 нм). Это означает, что FRET можно использовать для определения того, когда и где две или более из этих меченых биомолекул (обычно белки) взаимодействуют в своем физиологическом окружении.Сигнал FRET, соответствующий определенному месту на изображении микроскопа, обеспечивает дополнительную точность определения расстояния, превышающую оптическое разрешение (~ 0,25 мм) светового микроскопа. Помимо пространственной близости, для эффективного FRET, пара красителей должна также демонстрировать значительное перекрытие спектра возбуждения донора со спектром поглощения акцептора. Именно эта характеристика составляет один из экспериментальных парадоксов FRET:

.
  • Спектральные профили пары FRET не могут быть разделены настолько, чтобы у нас было плохое перекрытие,
  • , но желательно избежать «перекрестных помех» между двумя каналами формирования изображения, т.е.е. В идеале комплект эмиссионных фильтров донора должен собирать только свет от донора, а не от акцептора, и наоборот.

На практике это может быть достигнуто с помощью коротких полосовых фильтров, которые собирают свет только с более коротковолновой стороны донорного излучения и более длинноволновой стороны акцепторного излучения. Это может несколько ограничить поток фотонов как от донора, так и от акцептора во время типичного экспонирования, особенно если учесть, что эти измерения лучше всего проводить в условиях пониженной мощности возбуждения, так что мы не увеличиваем скорость обесцвечивания.Это означает, что для экспериментов FRET требуются сверхчувствительные детекторы.
Примеры пар красителей FRET включают:

  • BFP-GFP
  • CFP-DSRED
  • BFP-GFP
  • Cy3-Cy5
  • CFP-YFP
  • Алекса488-Алекса555
  • Alexa488-Cy3
  • Алекса594-Алекса647
  • FITC-TRITC
  • Тербий (III) -Флуоресцеин
  • DiSBAC4 (3) -CC2-DMPE (пара FRET, чувствительная к напряжению)

Профиль пары красителей CFP-YFP FRET показан ниже:

Спектральные профили поглощения и излучения пары CFP-YFP FRET.

Камеры

Andor iXon EMCCD, будь то в качестве ключевого компонента платформы конфокальной визуализации живых клеток Dragonfly или в составе другой конфокальной системы, представляют собой хорошо зарекомендовавшие себя детекторные решения для получения изображений FRET. EMCCD обеспечивает высокое разрешение и высокое отношение сигнал / шум (S / N) для определения взаимодействий FRET по всей визуализируемой области или объему клетки и помогает устранить низкие уровни фотонов, присутствующие при использовании узкополосных фильтров. В сочетании с тщательным выбором наборов фильтров это обеспечивает высокую целостность данных FRET.Поскольку EMCCD преодолевают предел обнаружения минимального уровня шума при любой скорости считывания, молекулярные взаимодействия можно отслеживать динамически с высокой точностью. Кроме того, мощность возбуждения часто может быть уменьшена, что означает минимизацию фототоксических эффектов и эффектов фотообесцвечивания, так что за молекулярными взаимодействиями можно следить в течение гораздо более длительных периодов. Для получения дополнительной информации о выборе детектора для исследования одиночных молекул, пожалуйста, просмотрите статью Какой детектор является лучшим для исследований одиночных молекул?

1.О, H-K et al. (2019) Быстрое и простое обнаружение охратоксина A с использованием флуоресцентного резонансного переноса энергии в иммуноанализе бокового потока (FRET-LFI) Toxins 11 (5), 292; https://doi.org/10.3390/toxins11050292
2. Hu J. et al (2018) Объединение антенн из наночастиц золота с резонансным переносом энергии флуоресценции одиночных молекул (smFRET) для изучения динамики шпильки ДНК Nanoscale, 10, 6611-6619 10.1039 / C7NR08397A
3. Чаурасия К.Р., Дама Р.Т. (2018) Одномолекулярный FRET-анализ ДНК-связывающих белков.В: Peterman E. (eds) Single Molecule Analysis. Методы в молекулярной биологии, том 1665. Humana Press, New York, NY
4. Юнг, С. и др. (2018), Мониторинг в реальном времени состояния связывания / диссоциации и окислительно-восстановительного состояния ионов одного переходного металла. Бык. Korean Chem. Soc., 39: 638-642. DOI: 10.1002 / bkcs.11443

Роль диффузии ориентации и разделения флуорофоров в наблюдаемых сдвигах эффективности FRET

Abstract

Фёрстеровский резонансный перенос энергии (FRET) — это широко используемый метод одиночных молекул для измерения наноразмерных расстояний от изменений безызлучательного переноса энергии между донорными и акцепторными флуорофорами.Для макромолекул и комплексов эта наблюдаемая эффективность переноса используется для вывода изменений в молекулярной конформации в различных экспериментальных условиях. Однако иногда наблюдаются сдвиги в эффективности FRET даже при наличии убедительных экспериментальных доказательств того, что конформационное состояние молекулы не изменилось. Мы исследуем пути, по которым такие расхождения могут возникнуть из-за кинетических эффектов. Мы показываем, что значительные сдвиги могут возникнуть из-за взаимодействия между кинетикой возбуждения, ориентационной диффузией флуорофоров, разделительной диффузией флуорофоров и неизлучающим тушением.

Образец цитирования: Wallace B, Atzberger PJ (2017) Фёрстеровский резонансный перенос энергии: роль диффузии ориентации и разделения флуорофора в наблюдаемых сдвигах эффективности FRET. PLoS ONE 12 (5): e0177122. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0177122

Редактор: Sabato D’Auria, Consiglio Nazionale delle Ricerche, ИТАЛИЯ

Поступила: 15.11.2016; Принято: 21 апреля 2017 г .; Опубликовано: 19 мая 2017 г.

Авторские права: © 2017 Wallace, Atzberger.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Все данные, использованные в исследовании, представлены непосредственно в документе.

Финансирование: Эта работа была поддержана карьерным грантом Национального научного фонда 0956210, Национальным научным фондом: Отделение математических наук 1616353 (www.nsf.gov) и CM4 DESC0009254 Министерства энергетики США (http://science.energy.gov/ascr/).

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.

1 Введение

Фёрстеровский резонансный перенос энергии (FRET) — широко используемый метод измерения одиночных молекул для измерения расстояний внутри и между молекулами [1, 2]. FRET основан на безызлучательной передаче энергии между возбужденной молекулой донора и молекулой акцептора.Ферстер разработал теорию безызлучательного переноса, основанную на диполь-дипольных взаимодействиях [1, 3]. Для расстояния разделения R теория Ферстера предсказывает масштабирование эффективности передачи энергии как ∼ ( R / R 0 ) −6 . На практике обычно R 0 ∼ 1 нм [1–3]. Экспериментальная реализация с использованием FRET в качестве «спектроскопической линейки» для измерения расстояний внутри отдельных молекул была введена в экспериментах Страйера и Хогланда в 1960-х годах [2, 4, 5].С этого времени FRET продолжала развиваться и стала универсальным инструментом, широко используемым в биологических науках и биотехнологиях [6–10].

В биологических науках FRET используется для сообщения о межбелковых взаимодействиях [11, 12]. На уровне одной молекулы FRET использовался для измерения расстояний между метками при характеристике структур и динамики макромолекул, включая РНК, ДНК, белки и их молекулярные комплексы [6, 13-15]. Измерения FRET, зависящие от времени, были разработаны для характеристики кинетики реакции ферментов [6, 16–18], взаимодействий лиганд-рецептор [7, 19–21], конформационной динамики белков [13, 22, 23] и движения молекул моторные белки [24, 25].

Многие типы молекул могут быть использованы для образования пары акцептор-донор в FRET. Некоторые молекулы обладают фотофизикой, которая приводит к тушению без излучения при взаимодействии с окружающими химическими частицами или внутримолекулярными химическими группами [26–30]. Это дает возможность использовать зонды FRET для сообщения о локальной концентрации химических веществ, таких как ионы металлов [26, 31] в воде или ионы Ca + , высвобождаемые во время нейрональной активности [15]. В развивающейся биотехнологии FRET также используется для разработки новых типов высокоточных сенсоров для обнаружения одиночных молекул и высокопроизводительных анализов для скрининга [7, 8, 20].

В однопарном FRET (spFRET) одна пара акцепторных и донорных молекул используется для измерения внутримолекулярных расстояний [4]. Чтобы охарактеризовать различные молекулярные конформационные состояния или гетерогенные состояния субпопуляций, ратиометрический анализ используется для оценки эффективности переноса E [18, 32]. При повторных измерениях это обычно отображается в виде гистограммы значений эффективности E . В различных экспериментальных условиях, таких как введение денатуранта, сдвиги в наблюдаемой гистограмме эффективности интерпретируются как изменения в молекулярном конформационном состоянии [6, 14, 23, 33].В недавних экспериментах Lipman et al. [34, 35], было замечено, что в некоторых ситуациях такие сдвиги FRET могут происходить даже тогда, когда нет явных изменений в конформационном состоянии. Это открытие подтверждается экспериментами, в которых рентгеновское рассеяние молекул указывает на отсутствие конформационных изменений или вовлеченная молекулярная структура по своей природе жесткая, такая как полипролиновая цепь [34, 35]. Прецедент такого изменения эффективности обусловлен свойствами среды. Такие эксперименты, как эксперименты Чжана, Фу, Лаковича и других [36, 37], демонстрируют, что присутствие посторонних частиц (в частности, серебра в их исследованиях) может влиять на донорно-акцепторное взаимодействие.Более того, результаты Макарова и Плакско [38] предполагают, что для гибкого полимера не только конформационное состояние, но и сквозная кинетика могут влиять на наблюдаемую эффективность FRET.

Это представляет собой важный вопрос характеристики того, как могут происходить сдвиги в эффективности FRET при очевидном отсутствии каких-либо изменений в конформационном состоянии. Мы исследуем с помощью теории и стохастического моделирования роль, которую играет кинетика возбуждения, ориентационная диффузия флуорофоров, разделительная диффузия флуорофоров и неизлучающее тушение.Наши результаты направлены на количественную оценку величины этих эффектов и помощь в определении режимов, в которых эти факторы могут влиять на экспериментальные измерения.

2 Фёрстеровский резонансный перенос энергии (FRET)

2.1 Эффективность передачи

Эффективность FRET — это доля энергии, которая без излучения передается от донора к молекуле акцептора. Первоначально предполагается, что энергия может быть испущена только как донорный фотон или без излучения передана акцептору, чтобы в конечном итоге испускаться как акцепторный фотон.В этом случае эффективность переноса связана со скоростями испускания фотонов донора и акцептора κ A и κ D как (1) Мы проиллюстрируем процесс донорно-акцепторного переноса на рис. 1.

Рис. 1. Фёрстеровский резонансный перенос энергии (FRET).

Молекула-донор возбуждается до более высокого энергетического состояния адсорбированным фотоном. Донор возвращается в свое основное состояние, испуская фотон или передавая энергию молекуле акцептора.Возбужденное состояние акцепторной молекулы релаксирует за счет испускания фотонов. Показаны два широко используемых донорно-акцепторных красителя Cy 3 и Cy 5.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0177122.g001

Для некоторых систем может быть важно учитывать также дополнительные фотохимические состояния, как в [39, 40], или передачу энергии от столкновений с другими молекулами. в растворе, что приводит к безизлучающему тушению [28–30]. Мы рассмотрим некоторые из этих эффектов в следующих разделах.

Теория Ферстера предсказывает, что скорость безызлучательного переноса κ T зависит от расстояния разделения донора и акцептора R как (2) Это основано на диполь-дипольных взаимодействиях и разделительных расстояниях, меньших длины волны излучающего фотона [1–3]. τ D = 1/ κ D обозначает среднее время жизни возбужденного состояния донора в отсутствие акцептора.Характерное расстояние Ферстера R 0 зависит от фотофизики молекул донора и акцептора через (3) N A — это число Авогодроса, κ 2 фактор, связанный с относительной ориентацией донорно-акцепторных диполь-диполей [5, 41], Φ D — квантовый выход флуоресценция донора при отсутствии акцептора, J — интеграл перекрытия, связанный со спектром адсорбции донора и акцептора, n — показатель преломления.Более подробно см. [1–3, 5, 10, 42].

Когда вся переданная энергия немедленно излучается как акцепторный фотон, мы имеем κ A = κ T . Тогда зависимость эффективности FRET от расстояния может быть выражена как (4) Теория Ферстера имеет важную полезность, заключающуюся в том, что расстояние разделения донора и акцептора R может быть определено из наблюдений E . Для получения R 0 в принципе требуется знание некоторых свойств фотофизики донорных и акцепторных молекул.Это позволяет использовать FRET в качестве эффективной линейки наноразмеров для молекулярных систем [4, 23, 24, 27, 43].

2.2 Однопарный FRET для молекул, диффундирующих в свободном растворе

Чтобы получить измерения отдельных молекул для свободно диффундирующих молекул, донор обычно возбуждается, ожидая, пока отдельная молекула диффундирует в фокус лазерного луча [6, 18, 23, 24]. Когда молекула находится в области, достаточно близкой к фокальной точке лазера (в пределах фокального объема), донор возбуждается с высокой вероятностью, и происходит последовательность эмиссии донорных и акцепторных фотонов, см. Рис. 2.Пока молекула находится в фокальном объеме, можно подсчитать количество обнаруженных донорных и акцепторных фотонов n D , n A . Это позволяет сделать пропорционально-метрическую оценку эффективности переноса как [18, 32] (5) Эти экспериментальные данные для эффективности FRET затем обычно объединяются для формирования гистограммы наблюдаемых эффективностей передачи энергии E . Мы отмечаем, что на практике для таких экспериментов существует ряд важных соображений, таких как разработка критериев того, когда такая последовательность излучений должна считаться значительным событием FRET или когда есть короткие длительности в фокусном объеме или дробовой шум. .

Рис. 2. Одномолекулярное событие FRET.

Событие FRET начинается, когда молекула, помеченная парой донора и акцептора, диффундирует в объем достаточно большой лазерной интенсивности вблизи фокальной точки (слева). Подсчеты зарегистрированного излучения фотонов для акцептора n A и донора n D регистрируются до тех пор, пока молекула не диффундирует за пределы фокального объема (вверху справа). Во время возбуждения донора либо испускается фотон, либо энергия безызлучательно передается акцептору и испускается со скоростью, зависящей от конформации молекулы (внизу справа).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0177122.g002

Гистограмма эффективности дает характеристику относительных пропорций различных конформационных состояний или субпопуляций молекул, встречающихся во время измерения. Для случая гомогенных молекул в одном и том же конформационном состоянии ожидается, что гистограмма эффективности покажет узкий пик вокруг характеристической эффективности FRET, соответствующей донарно-акцепторному разделению конформации.Тогда естественно рассматривать изменения в конформационном состоянии молекулы, ища сдвиги в местоположении пика на гистограмме FRET. Это широко используется в экспериментальной практике для характеристики биомолекулярных систем [6, 13, 14, 22].

Однако в недавних экспериментах Lipman et al. [34, 35], было обнаружено, что при некоторых обстоятельствах может происходить значительный сдвиг в гистограмме эффективности FRET, в то время как нет явного изменения конформационного состояния. Мы используем теорию и стохастическое моделирование, чтобы исследовать роль кинетики.Сначала мы исследуем роль вращательной и поступательной диффузии флуорофоров на шкале времени кинетики возбуждения донорных и акцепторных молекул. Затем мы рассмотрим роль дополнительных эффектов, таких как тушение без излучения.

3 Важность донорно-акцепторной кинетики

3.1 Донорно-акцепторное возбуждение и релаксация

Мы рассматриваем роль кинетики донорного и акцепторного возбуждения, переноса энергии и релаксации. Мы моделируем событие возбуждения донора как происходящее со скоростью κ D = 1/ τ D . τ D — среднее время жизни возбуждения донора в отсутствие акцептора. Молекула-донор в возбужденном состоянии либо релаксирует, испуская фотон со скоростью κ D , либо передавая энергию молекуле-акцептору со скоростью κ T в соответствии с уравнением (2) . Подчеркнем, что на практике коэффициент κ T зависит от ряда факторов.Это включает расстояние R между донором и акцептором. Это также зависит от относительной ориентации донора и акцептора, который захватывается членом κ 2 в уравнении (3).

Мы исследуем, как такая зависимость передачи энергии от конфигурации донора и акцептора конкурирует с другими кинетиками возбуждения и релаксации. Для этого мы разрабатываем стохастическую модель кинетики возбуждения-релаксации и проводим моделирование вращательной и поступательной диффузии акцепторных и донорных молекул.Мы исследуем влияние этих эффектов на эффективный κ T и наблюдали эффективность передачи FRET E .

3.2 Донорно-акцепторная ориентационная диффузия

Взаимная ориентация дипольных моментов молекул донора и акцептора может существенно влиять на эффективность передачи энергии [5, 41, 42, 44, 45]. Это видно из фактора κ 2 , который вносит вклад в уравнение (3). Фактор κ определяется формулой [5, 41, 42] (6) Символы и обозначают единичные векторы, представляющие ориентацию дипольных моментов акцепторных и донорных молекул.Указывает единичный вектор разделения, указывающий от донора к акцептору.

Вклады от эффектов ориентации часто аппроксимируются усреднением, предполагая, что ориентация быстро распространяется изотропно в масштабе времени, намного превышающем время возбуждения донора. Часто используется усредненный фактор ориентации 〈 κ 2 〉 = 2/3, [41, 42]. Однако во многих ситуациях ориентационная диффузия может быть сопоставима с временной шкалой возбуждений или, исходя из стерики молекулярного уровня, она не может быть изотропной выборкой всех ориентаций [12, 41, 44, 46].Кроме того, даже для быстрой диффузии экспериментальные измерения часто включают небольшую выборку значений κ 2 , которые могут находиться в диапазоне от 0 до 4. Это выборка из распределения с нерегулярными и асимметричными характеристиками, см. Рис. 3.

Рис. 3. Распределение фактора ориентации κ 2 .

Показаны случайные акцепторно-донорные ориентации для κ 2 , которые распределены между 0 и 4. Распределение показывает хорошо известный касп при κ 2 = 1 (см. Вставку).Большая часть распределения находится между κ 2 = 0 и κ 2 = 1 со значительным смещением в сторону κ 2 = 0. Гистограмма была построена из 10 7 случайных ориентаций красителя. пары.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0177122.g003

Мы исследуем роль диффузии ориентации и ее роль в наблюдаемой эффективности FRET, приводящей к возможным сдвигам. Поскольку важен только относительный угол между донором и акцептором, мы можем моделировать вращательную диффузию броуновским движением по поверхности сферы [47].Это может быть выражено в сферических координатах случайным процессом (7) D R обозначает коэффициент диффузии на поверхности, а ρ радиус сферы. Уравнения следует интерпретировать в смысле исчисления Ито [48, 49]. Символы и обозначают независимые броуновские движения. Для сферы радиусом ρ конфигурация, связанная со сферическими координатами (Θ t , Φ t ), должна интерпретироваться в картосовых координатах как X t = ρ sin (Θ t ) cos (Φ t ), Y t = ρ sin (Θ t ) sin (t , и Z t = ρ cos (Θ t ).

Мы выполняем моделирование путем численного вычисления временных шагов, приближающих стохастический процесс в уравнении (7). Это достигается путем проецирования броуновского движения на поверхность сферы. В частности, мы используем пошаговую процедуру по времени (8) (9) Генерируется на каждом шаге как трехмерная гауссова случайная величина с независимыми компонентами, имеющими нулевое среднее значение и единицу дисперсии. Мы отмечаем, что этот подход позволяет избежать осложнений, связанных со сферическими координатами, за счет исключения необходимости переключать карты координат, когда конфигурации приближаются к вырождениям около полюсов сферы [50].

Мы характеризуем временной масштаб вращательной диффузии как τ R = 4 π 2 ρ 2 / D R . Мы используем для красителя длину ρ = 1 нм и окружность сферы 2 πρ . Окружность сферы служит эталонной шкалой длины для шкалы времени диффузии τ R . Мы проводим стохастическое моделирование с использованием этих параметров с шагом по времени не более Δ t = τ R /500.

Мы рассматриваем случай, когда акцептор и донор могут свободно вращаться, но удерживаются на фиксированном расстоянии R . Возьмем R = R 0 , так что для идеального усреднения по всем конфигурациям ориентации эффективность передачи составляет E = 0,5. Рассмотрим динамику вращения относительно времени жизни возбуждения донора, характеризующуюся τ D / τ R .

Мы рассматриваем как быструю вращательную диффузию, где большинство конфигураций хорошо отбираются за время жизни донора τ D / τ R ≫ 1, так и медленную вращательную диффузию, где только очень ограниченное подмножество конфигураций отбираются за время жизни донора τ D / τ R ≪ 1. Для медленной вращательной диффузии мы обнаруживаем, что ограниченная выборка за время жизни донора может привести к значительным сдвигам наблюдаемого FRET переместите E в сторону более низкой эффективности, см. рис. 4.

Рис. 4. Вращательная диффузия и сдвиги в эффективности передачи FRET E .

Сверху вниз красители с уменьшающейся вращательной диффузией, имеющие характерные времена диффузии τ R / τ D = 19,5, 97,5, 195,0, 975. Средние значения эффективности в каждом случае соответственно равны E = 0,486, E = 0,456, E = 0,438 и E = 0,403. Сдвиг средней эффективности от самой медленной к самой быстрой рассмотренной диффузии составляет около 20%.Примечательной особенностью уменьшения коэффициента диффузии является то, что распределение наблюдаемых значений эффективности расширяется. Эталонный КПД E 0 = 0,5 обозначен красной линией.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0177122.g004

Все конфигурации ориентации одинаково вероятны, и коэффициент κ 2 линейно влияет на эффективность переноса в уравнении (3). Как следствие, проявленный сдвиг является результатом чисто кинетических эффектов.В частности, для наиболее быстрой вращательной диффузии донор и акцептор имеют больше возможностей занять ориентацию, благоприятную для передачи энергии. Другими словами, когда диффузия велика, донор и акцептор успевают диффундировать, чтобы встретить конфигурации, которые находятся в «зоне наилучшего восприятия», имеющей наибольшие шансы на запуск передачи энергии. Когда вращательная диффузия намного медленнее, чем время жизни донора, ориентация донора и акцептора остается близкой к начальной начальной конфигурации, которая в первую очередь определяет скорость передачи энергии.Это проявляется как сдвиг значений κ 2 в сторону меньших значений, соответствующих менее эффективному переносу, когда вращательная диффузия медленная по сравнению со сроком службы донора, см. Рис. 5.

Рис. 5. Фактор ориентации во время переноса.

Показаны факторы κ 2 , которые возникли при моделировании во время передачи энергии от донора к акцептору. Сравним случай медленной вращательной диффузии τ D / τ R = 0.001 и быстрая вращательная диффузия τ D / τ R = 0,05. Для медленной вращательной диффузии κ 2 факторов демонстрируют значительный сдвиг в сторону меньших значений. Это следствие того, что быстрая вращательная диффузия дает больше возможностей быть в благоприятных ориентациях для передачи энергии.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0177122.g005

Изменение эффективности переноса в результате кинетики вращения может быть значительным.Для относительно быстрой вращательной диффузии во временной шкале τ R / τ D = 19,5, мы находим, что передача энергии составляет E = 0,486. Это близко к тому моменту, когда ориентация полностью усредняется, чтобы получить передачу энергии E = 0,5. Для шкалы времени медленной вращательной диффузии τ R / τ D = 975 мы имеем эффективность передачи E = 0.403. В этом случае кинетика вращения привела к сдвигу в средней эффективности переноса на 17%.

Наши результаты указывают на то, что эффективность передачи FRET E может демонстрировать значительный сдвиг без какого-либо изменения конформационного состояния измеряемой молекулы. Эти изменения возникают исключительно из-за разной скорости вращательной диффузии. На практике это может происходить из-за изменений вязкости окружающего растворителя или из-за переходных событий связывания с молекулами, присутствующими в растворителе, которые временно ограничивают вращение донора и акцептора.Мы показываем сдвиги, которые могут происходить из-за этих эффектов в широком диапазоне коэффициентов диффузии на рис. 6.

Рис. 6. Вращательная диффузия и сдвиги в эффективности передачи FRET E .

По мере того, как вращательная диффузия уменьшается, средняя эффективность переноса значительно меняется. На вставке мы показываем сдвиг в процентах, измеренный как % сдвиг = | E obs E 0 | / E 0 где мы берем эталонный КПД E 0 = 0.5. Первые несколько точек данных имеют τ D / τ R = 0,001, 0,003 и 0,005.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0177122.g006

3.3 Донорно-акцепторная диффузия на расстоянии

Мы рассматриваем роль относительной поступательной диффузии донорных и акцепторных молекул. Нас особенно интересует случай, когда измеряемое конформационное состояние молекулы включает выборку по ансамблю различных конфигураций.В этом случае донор и акцептор могут претерпевать значительную трансляционную диффузию за время жизни донора [51, 52]. Например, для неупорядоченного белка или полимера, подвергнутого различным условиям сольватации, FRET может использоваться для определения радиуса инерции [35, 53–55]. Когда ансамбль конфигураций остается неизменным, мы исследуем роль кинетики, связанной с диффузией расстояния разделения.

Мы моделируем диффузию разделительного расстояния R случайным процессом. (10) γ обозначает эффективное сопротивление, Φ потенциал свободной энергии для расстояния разделения R , D S эффективный коэффициент диффузии при разделении и W t броуновское движение.Уравнение следует интерпретировать в смысле исчисления Ито [48]. Мы моделируем разделение донорной и акцепторной меток, прикрепленных к полимеру, с помощью потенциала свободной энергии. (11) Мы параметризуем модель, используя коэффициент диффузии D S и возьмем сопротивление γ = k B T / D S , где k 20 Болт Bz. постоянная и Т, — температура.Чтобы смоделировать, что происходит, когда расстояние разделения приближается к нулю, мы избегаем отрицательных длин с помощью отражающего граничного условия в нуле [49]. Мы характеризуем эту диффузионную динамику шкалой времени τ S = 2 / D S , где — это та же длина, что и в уравнении (11). Параметры, используемые по умолчанию в нашем моделировании, приведены в таблице 1.

В состоянии равновесия этот процесс диффузии имеет разделительное распределение (12) где — статистическая сумма [56].Для моделирования этого процесса мы генерируем временные шаги, используя метод Эйлера-Мараюмы [57]. (13) η n генерируется на каждом временном шаге как независимая стандартная гауссова случайная величина с нулевым средним и единичной дисперсией. Длительность временного шага обозначается как Δ t . На практике мы используем временной шаг с Δ t = τ S /10 4 . Чтобы дать некоторое представление о флуктуациях разделения и в качестве подтверждения наших методов моделирования, мы показываем численные результаты для равновесного распределения на рис.7.

Рис. 7. Равновесное распределение расстояний между донорами и акцепторами.

Результаты моделирования стадий акцепторно-донорных меток диффузии полимера (гистограмма) сравниваются с предсказанным распределением расстояний разделения из уравнения (12) (красная кривая). Результаты получены из 1,8 × 10 6 выборочных шагов моделирования, соответствующих среднему значению μ = R 0 и дисперсии.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0177122.g007

Мы рассматриваем роль кинетики разделения донора и акцептора в течение времени жизни возбуждения донора. Мы рассматриваем эффективность переноса для разных скоростей разделения диффузии D S относительно времени жизни донора τ D . Это может быть охарактеризовано как τ D / τ S , где τ S = 2 / D 912

Мы обнаружили, что уменьшение коэффициента диффузии разделения приводит к значительному сдвигу в эффективности переноса FRET, см. Рис. 8. Мы также обнаружили, что по мере уменьшения коэффициента диффузии разделения распределение наблюдаемых эффективностей значительно расширяется. Для самого быстрого трансляционного коэффициента диффузии у нас есть средняя эффективность передачи E = 0,723 по сравнению с рассматриваемым самым медленным поступательным коэффициентом E = 0,508. Это дает относительный сдвиг в эффективности передачи FRET на 30%.

Рис. 8. Коэффициент диффузии разделения и эффективность переноса FRET.

Коэффициент диффузии разделения соответствует τ D / τ S = 0,69, 0,07 и 0,007. У них средняя эффективность передачи соответственно E = 0,723, E = 0,553 и E = 0,508. Это соответствует относительному сдвигу на 30% в эффективности переноса. По мере уменьшения коэффициента диффузии разделения распределение эффективностей переноса значительно расширяется.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0177122.g008

Набор конфигураций одинаков как для самой быстрой, так и для самой медленной диффузии, поэтому изменение эффективности переноса происходит исключительно из-за кинетических эффектов. В течение времени жизни донора диффузия влияет на то, насколько вероятно, что донор и акцептор встретят конфигурации, благоприятные для передачи энергии. В случае медленной диффузии скорость передачи энергии в первую очередь определяется исходной конфигурацией донора и акцептора.

В случае быстрой диффузии относительно времени жизни донора, донор и акцептор имеют больше возможностей встретить благоприятные конфигурации для передачи энергии. Эта разница в том, как часто встречаются такие «зоны наилучшего восприятия» для передачи энергии в течение срока службы донора, подтверждается наблюдаемыми разделительными расстояниями, которые возникают во время передачи энергии, см. Рис. 9.

Рис. 9. Расстояние разделения во время передачи энергии.

Показаны расстояния разделения, которые имели место при моделировании во время передачи энергии.Сравним случай медленной диффузии на расстояние τ D / τ S = 0,007 и быстрой дистанционной диффузии τ D / τ S 4 . В случае быстрой диффузии мы видим, что передача энергии происходит гораздо чаще при меньших разделительных расстояниях.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0177122.g009

Мы видим, что для самого быстрого коэффициента диффузии во время передачи энергии возникают значительно меньшие разделительные расстояния и, следовательно, в среднем большая эффективность FRET.В случае самого медленного коэффициента диффузии мы видим, что распределение разделительных расстояний шире и более точно соответствует равновесному распределению разделительных расстояний, поскольку скорость передачи энергии в значительной степени определяется исходной конфигурацией донора и акцептора. Мы показываем сдвиги в передаче энергии для широкого диапазона коэффициентов диффузии разделения на рис. 10.

Рис. 10. Распространение расстояний и сдвиги в эффективности передачи FRET.

По мере того, как расстояние диффузии уменьшается, средняя эффективность переноса значительно меняется.На вставке мы показываем сдвиг как относительный процент, равный % shift = | E obs E 0 | / E 0 с эталонной эффективностью E 0 = 0,5.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0177122.g010

3.4 Роль неизлучающего тушения

Мы также рассматриваем случай, когда донор может снять возбуждение через неизлучающий путь [29]. Одним из возможных механизмов является динамическое тушение, когда донор высвобождается, вступая в контакт с химическими частицами, диффундирующими в окружающем растворе [26–28].У некоторых доноров есть фотофизика, на которую существенно влияет присутствие ионов. Это используется в некоторых экспериментах в качестве репортера концентрации ионов [15, 26, 31].

Мы принимаем эти эффекты во внимание, развивая некоторую теорию того, как дополнительный неизлучающий путь может изменить наблюдаемую эффективность FRET. Неизлучающий путь гашения можно смоделировать в нашей кинетике, убивая некоторую часть событий девозбуждения донора, которые привели бы к передаче энергии акцептору и, в конечном итоге, испусканию акцепторных фотонов.Для эффективности передачи FRET это соответствует увеличению уравнения (5) до (14) Величина 1 — α дает долю девозбуждений доноров, которые приводят к тому или иному типу события тушения без излучения. Дает соответствующую смещенную эффективность FRET при включении пути тушения.

Случай α = 1 соответствует ситуации, когда не излучающих тушащих событий не происходит. В этом случае у нас есть. В случае α = 0 все наблюдаемые девозбуждения приводят к не излучающим тушащим событиям вместо девозбуждения донора посредством событий передачи FRET и испускания акцепторных фотонов.В этом случае мы имеем, см. Рис. 11.

Рис. 11. Тушение без излучения и сдвиги в эффективности передачи FRET.

Наблюдаемая эффективность переноса FRET показана при включении дополнительного неизлучающего пути в донорно-акцепторную кинетику. Для различных скоростей α неизлучающих событий гашения результаты показывают, как повышается эталонная эффективность передачи E в случае отсутствия гашения.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0177122.g011

Эффективность FRET удобно выразить как (15) куда . Это обеспечивает ссылку f , соответствующую отношению эмиссии донора к эмиссии акцептора, когда нет неизлучающего тушения. Эталонная фракция f связана с эталонной эффективностью передачи FRET E посредством f = E −1 — 1. Процентный сдвиг наблюдаемой эффективности FRET, возникающий в результате гашения, определяется выражением (16) Мы видим, что процентное изменение FRET, которое происходит из-за гашения, зависит от эталонной эффективности передачи FRET E .Фактически, возникающий сдвиг становится все более чувствительным по мере уменьшения E , см. Рис. 12.

Рис. 12. Тушение без излучения и сдвиги в эффективности передачи FRET.

Относительное процентное изменение эффективности переноса показано, когда тушение без излучения происходит как часть донорно-акцепторной кинетики.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0177122.g012

4 Обсуждение

Мы показали несколько различных способов, с помощью которых эффективность FRET может быть изменена как следствие кинетических эффектов, в то время как лежащее в основе молекулярное конформационное состояние фактически осталось прежним.Мы рассматриваем, как такие кинетические механизмы связаны с некоторыми недавними экспериментами, изучающими причины сдвигов в эффективности FRET [19, 34, 35, 58].

FRET часто используется для измерения конформационных изменений или фолдинга белков, поскольку денатурирующие условия меняются [22, 35, 53]. В недавней работе Липмана, Плакско и др. [35] радиус вращения полимеров полиэтиленгликоля (ПЭГ) рассматривается в условиях сольватации, которые дают случайные спирали. В отличие от белков, не ожидается, что ансамбль конфигураций полимера PEG существенно изменится при изменении денатуранта.Это подтверждается экспериментами по измерениям рассеяния рентгеновских лучей, которые действительно показывают, что радиус вращения ПЭГ остается неизменным при изменении денатуранта [35, 58]. Это обеспечивает полезный контроль для исследования FRET, поскольку условия денатуранта меняются.

Интересным открытием является то, что измерения FRET в одних и тех же условиях показывают значительный сдвиг в измеренной эффективности передачи. Для полимера PEG кДа 3 кДа в денатуранте GuHcl в диапазоне концентраций от 0 до 6M молярный сдвиг наблюдался в эффективности переноса примерно на 20%, по данным E 0 = 0.5. Для того же полимера в денатуранте мочевина в диапазоне концентраций от 0 до 8M наблюдали сдвиг в эффективности на ~ 24% по сравнению с E 0 = 0,5. Подобные сдвиги были обнаружены для экспериментов, проведенных с использованием ПЭГ кДа 5 кДа [35].

Наши результаты показывают, что значительные сдвиги могут происходить в наблюдаемой эффективности FRET, даже когда нет никаких основных изменений в конформационном ансамбле. Мы показали, как эффективность переноса может изменяться исключительно из-за кинетических эффектов, возникающих из-за изменения скорости диффузии ориентации акцептор-донор, диффузии расстояния между донором и акцептором, а также из-за неизлучающего тушения.Для диффузии расстояния разделения донор-акцептор мы обнаружили, что такие кинетические эффекты могут вызывать сдвиги в эффективности до 48%. Это произошло, когда шкала времени диффузии на расстоянии приблизилась к шкале времени жизни донора, см. Рис. 10.

Один из способов объяснить экспериментально наблюдаемые сдвиги — рассмотреть, как денатурирующий агент увеличивает вязкость растворителя [35, 59]. Ожидается, что изменения вязкости растворителя будут тесно связаны с изменениями скорости диффузии, как предполагает соотношение Стокса-Эйнштейна [49].Такой механизм теоретически исследован в работах [58, 60]. Мы обсуждаем здесь, как результаты нашего моделирования связаны с изменениями вязкости растворителя.

Предполагаемое изменение объемной вязкости растворителя при изменении концентрации денатуранта мочевины при 8M составляет 1,66, а для GuHcl 6M коэффициент 1,61 согласно экспериментам [59]. Чтобы связать вязкость с коэффициентом диффузии, можно использовать соотношение Стокса-Эйнштейна D = k B T / γ .Сопротивление определяется как γ = 6 πμa , где μ — вязкость растворителя, а a — эталонная шкала длины, характеризующая размер диффундирующей молекулы. Это говорит о том, что увеличение вязкости растворителя в 1,61 раза снижает коэффициент диффузии в 0,6 раза.

В наших расчетах, взяв за основу τ D / τ S = 0,1, такое изменение вязкости сдвигает эффективность переноса на ∼12%.Этот вклад исключительно за счет диффузионной кинетики разделения донор-акцептор составляет примерно половину ~ 24% сдвига, наблюдаемого для мочевины 8M и ~ 20%, наблюдаемого для 6M GuHcl в [35]. Это согласуется с выводами [58], предполагающими, что другие механизмы также могут играть роль в наблюдаемом изменении эффективности переноса.

При интерпретации этих эффектов существует ряд потенциальных тонкостей. С одной стороны, донорные и акцепторные молекулы сравнимы по размеру с молекулами, денатурирующими вязкость, и изменения коэффициента диффузии, возможно, могут быть более значительными из-за более сложных взаимодействий, чем предполагалось при использовании простой объемной теории вязкости и диффузии [61–63].Еще одним соображением является роль неизлучающего тушения, вызванного столкновительным контактом молекул денатуранта с донором [29]. В сочетании с кинетическими изменениями диффузии даже небольшое количество возбуждений, приводящее к тушению <5%, привело бы к общему комбинированному сдвигу на ~ 20% в наблюдаемой эффективности переноса, см. Рис. 12.

5 Заключение

Мы показали, что кинетика может играть значительную роль в изменении наблюдаемой эффективности переноса FRET, даже если нет основного изменения в конформационном состоянии измеряемой молекулы.Мы обнаружили, что изменение ориентации диффузии может в самых крайних случаях изменить эффективность переноса до 20%. Для рассматриваемой диффузии расстояние разделения донор-акцептор мы обнаружили в самых крайних случаях сдвиги до 48%. Наши данные о расстоянии донор-акцептор согласуются с исследованиями Макарова и Плакско [38]. Отметим, что наши результаты, касающиеся ориентационной диффузии, учитывают дополнительные эффекты, которых нет в [38], и могут предложить некоторое объяснение сдвигов FRET, которые наблюдаются в жестких полипролиновых цепях [34, 35].Мы обнаружили, что диффузионная кинетика как ориентации, так и разделения демонстрирует отчетливую подпись на гистограмме наблюдаемой эффективности переноса в виде уширения пиков. Мы также обнаружили, что неизлучающие тушения, которые происходят даже на умеренном уровне, могут привести к значительным сдвигам в наблюдаемой эффективности переноса. Обсуждаемые нами механизмы имеют потенциально важные последствия при интерпретации измерений FRET, особенно в отношении выводов из изменений расстояния FRET и того, как это связано с изменениями конформационного состояния молекул.При анализе измерений FRET мы надеемся, что наши результаты предоставят несколько полезных ориентиров, которые помогут определить значимость наблюдаемых сдвигов и роль кинетических эффектов.

Благодарности

Авторы P.J.A и B.W благодарят за поддержку исследовательского гранта NSF CAREER — 0956210, NSF DMS — 1616353 и DOE ASCR CM4 DESC0009254. Авторы также хотели бы поблагодарить А. Саймона, Э. Липмана и К. Плакско за полезные обсуждения и предложения. Признавая вышеперечисленное, авторы берут на себя полную ответственность за содержание и комментарии в рукописи.

Вклад авторов

  1. Концептуализация: PJA BW.
  2. Расследование: PJA BW.
  3. Методология: PJA BW.
  4. Написание — черновик: PJA BW.
  5. Написание — просмотр и редактирование: PJA BW.

Ссылки

  1. 1. Forster TH. Механизмы передачи энергии электронного возбуждения. Дополнение к радиационным исследованиям. 1960; 2: 326–339.
  2. 2. Clegg RM. История FRET: от зачатия до родов. В: CD G, JR L, редакторы. Обзоры в Флуоресценции. т. 3. Springer; 2006. с. 1–45.
  3. 3. Форстер Т. 10-я лекция в память о Спайерсе. Механизмы передачи электронного возбуждения. Обсудите Faraday Soc. 1959; 27 (0): 7–17.
  4. 4. Страйер Л., Хаугланд Р.П. Передача энергии: спектроскопическая линейка. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки.1967. 58 (2): 719–726. pmid: 5233469
  5. 5. ван дер Меер Б.В. Теория Форстера. В: Мединц I, Хильдебрандт Н., редакторы. FRET — резонансный перенос энергии Форстера: от теории к приложениям. 1-е изд. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA .; 2014. с. 23–62.
  6. 6. Вайс С. Флуоресцентная спектроскопия одиночных биомолекул. Наука. 1999. 283 (5408): 1676–1683. pmid: 10073925
  7. 7. Сонг Й., Мадахар В., Ляо Дж. Развитие FRET-анализа в платформы количественной и высокопроизводительной технологии скрининга белок-белковых взаимодействий.Анналы биомедицинской инженерии. 2011. 39 (4): 1224–1234. pmid: 21174150
  8. 8. Plaxco KW, Soh HT. Биосенсоры на основе переключателей: новый подход к молекулярному обнаружению in vivo в реальном времени. Тенденции в биотехнологии. 2011; 29 (1): 1–5. pmid: 21106266
  9. 9. Хаас Э., Качальски-Кацир Э., Стейнберг И.З. Броуновское движение концов олигопептидных цепей в растворе, оцениваемое по передаче энергии между концами цепи. Биополимеры. 1978. 17 (1): 11–31.
  10. 10.Рахман ММ. Введение в перенос энергии резонанса флуоресценции (FRET). Научный журнал физики. 2012 ;.
  11. 11. Назаров П.В., Кохорст РБМ, Вос В.Л., Апанасович В.В., Хемминга М.А. Исследование FRET мембранных белков: подгонка на основе моделирования для анализа внедрения и ассоциации мембранных белков. Биофизический журнал. 2006. 91 (2): 454–466. pmid: 16632512
  12. 12. Поршень DW, Kremers GJ. Флуоресцентный белок FRET: хорошее, плохое и уродливое.Направления биохимических наук. 2007. 32 (9): 407–414. pmid: 17764955
  13. 13. Агафонов Р.В., Неграшов И.В., Ткачев Ю.В., Блейкли С.Е., Титус М.А., Томас Д.Д. и др. Структурная динамика спирали реле миозина по данным EPR и FRET с временным разрешением. Труды Национальной академии наук. 2009. 106 (51): 21625–21630.
  14. 14. Эдидин М. Флуоресцентный резонансный перенос энергии: методы измерения молекулярной конформации и молекулярной близости. В: Текущие протоколы в иммунологии.John Wiley & Sons, Inc.; 2001. с. -. Доступно по ссылке: http://dx.doi.org/10.1002/0471142735.im1810s52.
  15. 15. Ueda Y, Kwok S, Hayashi Y. Применение зондов FRET в анализе нейрональной пластичности. Границы в нейронных цепях. 2013; 7: 163–. pmid: 24133415
  16. 16. Ха Т, Тинг А.Ю., Лян Дж., Колдуэлл В.Б., Дениз А.А., Chemla DS и др. Одномолекулярная флуоресцентная спектроскопия конформационной динамики и механизма расщепления ферментов. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки.1998. 96 (3): 893–898.
  17. 17. Шреста Д., Дженей А., Надь П., Вереб Г., Сёллёси Дж. Понимание FRET как исследовательского инструмента для исследований сотовой связи. Международный журнал молекулярных наук. 2015. 16 (4): 6718–6756. pmid: 25815593
  18. 18. Дениз А.А., Дахан М., Грюнвелл JR, Ха Т, Фаулхабер А.Е., Chemla DS и др. Однопарный резонансный перенос энергии флуоресценции на свободно диффундирующих молекулах: наблюдение зависимости Фёрстера от расстояния и субпопуляций. Труды Национальной академии наук.1999. 96 (7): 3670–3675.
  19. 19. Вайс С. Измерение конформационной динамики биомолекул с помощью флуоресцентной спектроскопии одиночных молекул. Nat Struct Mol Biol. 2000. 7 (9): 724–729.
  20. 20. Вентилятор C, Plaxco KW, Heeger AJ. Биосенсоры на основе донорно-акцепторных расстояний, модулируемых связыванием. Тенденции в биотехнологии. 2005. 23 (4): 186–192. pmid: 15780710
  21. 21. Ни Q, Чжан Дж. Динамическая визуализация сотовой передачи сигналов. В: Эндо И., Нагамуне Т., редакторы.Нано / микробиотехнологии. Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg; 2010. с. 79–97. Доступно по адресу: http://dx.doi.org/10.1007/10_2008_48.
  22. 22. Шулер Б., Липман Э.А., Итон Вашингтон. Исследование поверхности свободной энергии для сворачивания белков с помощью флуоресцентной спектроскопии одиночных молекул. Природа. 2002; 419 (6908): 743–747. pmid: 12384704
  23. 23. Hofmann H, Hillger F, Pfeil SH, Hoffmann A, Streich D, Haenni D, et al. Одномолекулярная спектроскопия сворачивания белка в шаперониновой клетке.Труды Национальной академии наук. 2010. 107 (26): 11793–11798.
  24. 24. Wickersham CE, Cash KJ, Pfeil SH, Bruck I, Kaplan DL, Plaxco KW и др. Отслеживание молекулярного двигателя с помощью оптического кодировщика в наномасштабе. Nano Lett. 2010. 10 (3): 1022–1027. pmid: 20121107
  25. 25. Мори Т., Вале Р.Д., Томишиге М. Как кинезин ждет между шагами. Природа. 2007. 450 (7170): 750–754. pmid: 18004302
  26. 26. Лю Б., Цзэн Ф., Ву Г., Ву С. Наночастицы как каркас для основанного на FRET ратиометрического обнаружения ионов ртути в воде с квантовыми точками в качестве доноров.Аналитик. 2012. 137 (16): 3717–3724. pmid: 22737682
  27. 27. Ли Х., Рен Х, Инь Л., Баласубраманиан С., Кленерман Д. Измерение динамики одиночных молекул нуклеиновых кислот в растворе с помощью двухцветной фильтрованной ратиометрической флуоресцентной корреляционной спектроскопии. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 2004. 101 (40): 14425–14430. pmid: 15452356
  28. 28. Marras SAE, Kramer FR, Tyagi S. Эффективность резонансного переноса энергии флуоресценции и контактно-опосредованного тушения в олигонуклеотидных зондах.Исследования нуклеиновых кислот. 2002; 30 (21): e122 – e122. pmid: 12409481
  29. 29. Чанг Х.С., Луи Дж. М., Итон, Вашингтон. Различие между динамикой белка и фотофизикой красителя в экспериментах с одномолекулярным FRET. Биофизический журнал. 2009. 98 (4): 696–706.
  30. 30. Стейнберг И.З., Качальски Э. Теоретический анализ роли диффузии в химических реакциях, тушении флуоресценции и безызлучательной передаче энергии. Журнал химической физики. 1968. 48 (6): 2404–2410.
  31. 31. Дин KM, Qin Y, Palmer AE. Визуализация ионов металлов в клетках: обзор аналитических методов, подходов и зондов. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Исследование молекулярных клеток. 2012; 1823 (9): 1406–1415.
  32. 32. Ha T, Enderle T, Ogletree DF, Chemla DS, Selvin PR, Weiss S. Исследование взаимодействия между двумя отдельными молекулами: передача резонансной энергии флуоресценции между одним донором и одним акцептором. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки.1996. 93 (13): 6264–6268. pmid: 86
  33. 33. Нат А., Саммалкорпи М., ДеВитт Д., Трекслер А., Эльбаум-Гарфинкль С., О’Херн С. и др. Конформационные ансамбли альфа-синуклеина и тау-белка: сочетание одномолекулярного FRET и моделирования. Биофизический журнал. 2012; 103 (9): 1940–1949. pmid: 23199922
  34. 34. Schuler B, Lipman EA, Steinbach PJ, Kumke M, Eaton WA. Полипролин и «спектроскопическая линейка» заново с флуоресценцией одиночных молекул. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки.2005. 102 (8): 2754–2759. pmid: 15699337
  35. 35. Уоткинс Х.М., Саймон А.Дж., Сосник Т.Р., Липман Э.А., Хьелм Р.П., Плакско К.В. Отрицательный контроль с произвольной катушкой воспроизводит несоответствие между измерениями рассеяния и FRET размеров денатурированного белка. Труды Национальной академии наук. 2015; 112 (21): 6631–6636.
  36. 36. Lakowicz JR, Kuśba J, Shen Y, Malicka J, D’Auria S, Gryczynski Z, et al. Влияние металлических частиц серебра на резонансную передачу энергии между флуорофорами, связанными с ДНК.Журнал флуоресценции. 2003. 13 (1): 69–77.
  37. 37. Чжан Дж., Фу Й., Лакович Дж. Р. Улучшенная передача энергии резонанса Фёрстера (FRET) на отдельной металлической частице. Журнал физической химии C. 2007; 111 (1): 50–56.
  38. 38. Макаров Д.Е., Plaxco KW. Измерение расстояний в развернутых биополимерах с использованием резонансной передачи энергии флуоресценции: влияние динамики полимерных цепей на наблюдаемую эффективность резонансной передачи энергии флуоресценции. Журнал химической физики.2009; 131 (8).
  39. 39. Камли Б.А., Браун FLH, Липман Е.А. Перенос Фёрстера за предел слабого возбуждения. Журнал химической физики. 2009; 131 (10).
  40. 40. Муньос-Лоса А., Крутчет С., Крюгер Б. П., Харселл Л. Р., Меннуччи Б. Беспокойство по поводу FRET: отказ идеального дипольного приближения. Биофизический журнал. 2009. 96 (12): 4779–4788.
  41. 41. ван дер Меер Б.В. Теория Форстера. В: Мединц I, Хильдебрандт Н., редакторы. Оптимизация коэффициента ориентации по каппа-квадрату для более точных измерений FRET в FRET — резонансная передача энергии Форстера: от теории к приложениям.1-е изд. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA .; 2014. с. 63–104.
  42. 42. Эндрюс Д.Л., Демидов А.А. Глава 14: Теоретические основы и разработка приложений. В кн .: Резонансная передача энергии. В то время как 2009. с. 461–499.
  43. 43. Саху Х. Ферстер резонансный перенос энергии — Спектроскопический нанополимер: принцип и приложения. Журнал фотохимии и фотобиологии C: обзоры фотохимии. 2011; 12 (1): 20–30.
  44. 44. Валчевска-Шевц К, Корри Б.Учет диффузии и ориентации красителя при связывании измерений FRET с расстояниями: три простых вычислительных метода. Phys Chem Chem Phys. 2014. 16 (24): 12317–12326. pmid: 24824374
  45. 45. Икбал А., Арслан С., Окумус Б., Уилсон Т.Дж., Жиро Г., Норман Д.Г. и др. Зависимость от ориентации в переносе флуоресцентной энергии между Cy3 и Cy5, концевыми присоединенными к двухцепочечным нуклеиновым кислотам. Труды Национальной академии наук. 2008. 105 (32): 11176–11181.
  46. 46.Клозе Д., Клар Дж. П., Громанн Д., Кей К.В.М, Вернер Ф., Штайнхофф Х.Дж. Моделирование и реальность: сравнение прогнозов расстояния In Silico с измерениями DEER и FRET. PLoS ONE. 2012; 7 (6): e39492–. pmid: 22761805
  47. 47. Brillinger DR. Частица, случайно перемещающаяся по сфере. Журнал теоретической вероятности. 1997. 10 (2): 429–443.
  48. 48. Оксендал Б. Стохастические дифференциальные уравнения: Введение. Springer; 2000.
  49. 49. Гардинер CW.Справочник по стохастическим методам. Серия по синергетике. Springer; 1985.
  50. 50. Сигурдссон Дж. К., Атцбергер П. Дж. Гидродинамическое связывание включений частиц, встроенных в изогнутые двухслойные липидные мембраны. Мягкая материя. 2016; 12 (32): 6685–6707. pmid: 27373277
  51. 51. Гурунатан К., Левитус М. Флуктуационная спектроскопия FRET диффундирующих биополимеров: вклад конформационной динамики и поступательной диффузии. J. Phys Chem B. 2010; 114 (2): 980–986. pmid: 20030305
  52. 52.Бадали Д., Градинару СС. Влияние броуновского движения флуоресцентных зондов на измерение наноразмерных расстояний с помощью резонансной передачи энергии Фёрстера. Журнал химической физики. 2011; 134 (22): 225102. pmid: 21682537
  53. 53. Торговец KA, Best RB, Louis JM, Gopich IV, Eaton WA. Характеристика развернутых состояний белков с помощью FRET-спектроскопии одиночных молекул и молекулярного моделирования. Труды Национальной академии наук. 2007. 104 (5): 1528–1533.
  54. 54.Хаас Э. Ансамблевые методы FRET в исследованиях белков с внутренними нарушениями. В кн .: Уверский Н.В., Дункер К.А., ред. Анализ внутренне нарушенных белков: том 1, методы и экспериментальные инструменты. Тотова, Нью-Джерси: Humana Press; 2012. с. 467–498. Доступно по ссылке: http://dx.doi.org/10.1007/978-1-61779-927-3_28.
  55. 55. Шулер Б., Мюллер-Шпет С., Соранно А., Неттелс Д. Применение конфокального одномолекулярного FRET к внутренне неупорядоченным белкам. В кн .: Уверский Н.В., Дункер К.А., ред.Анализ внутренне нарушенных белков: том 2, методы и экспериментальные инструменты. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Спрингер Нью-Йорк; 2012. с. 21–45. Доступно по ссылке: http://dx.doi.org/10.1007/978-1-4614-3704-8_2.
  56. 56. Reichl LE. Современный курс статистической физики. Jon Wiley and Sons Inc .; 1997.
  57. 57. Э. КП, Платен Э. Численное решение стохастических дифференциальных уравнений. Springer-Verlag; 1992.
  58. 58. Ю Т.Ю., Мейсбергер С., Хиншоу Дж., Поллак Л., Харан Дж., Сосник Т.Р. и др.Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей и FRET-спектроскопия одиночных молекул дают сильно различающиеся представления о низкоденатурантном развернутом состоянии. Журнал молекулярной биологии. 2012. 418 (3-4): 226–236. pmid: 22306460
  59. 59. Кавахара К., Танфорд С. Вязкость и плотность водных растворов мочевины и гидрохлорида гуанидина. Журнал биологической химии. 1966. 241 (13): 3228–3232. pmid: 56
  60. 60. Мурацугу А., Ватанабе Дж., Киношита С. Влияние диффузии на резонансный перенос энергии Фёрстера в маловязком растворе.Журнал химической физики. 2014; 140 (21): 214508. pmid: 247
  61. 61. Ли З. Критический размер частиц, при котором соотношение Стокса-Эйнштейна нарушается. Phys Rev E. 2009; 80 (6): 061204–.
  62. 62. Шарма М., Яшонат С. Нарушение связи Стокса – Эйнштейна: роль взаимодействий в размерной зависимости самодиффузии. J. Phys Chem B. 2006; 110 (34): 17207–17211. pmid: 16

    9
  63. 63. Бернштейн Дж., Фрикс Дж. Анализ диффузии отдельных частиц с временным связыванием с использованием фильтрации частиц.Журнал теоретической биологии. 2016; 401: 109–121. pmid: 27107737

Структурная динамика спирали реле миозина по данным ЭПР и FRET с временным разрешением

Реферат

Мы использовали два дополнительных метода спектроскопии с временным разрешением, диполярный электронно-электронный резонанс и флуоресцентный резонансный перенос энергии, чтобы определить конформационные изменения в единственном структурном элементе моторного домена миозина, релейной спирали, до и после инсульта восстановления.Два мутанта с двойным Cys метили оптическими зондами или спиновыми метками и определяли межзондовые расстояния. Оба метода разрешили два различных структурных состояния миозина, соответствующих прямым и изогнутым конформациям релейной спирали. Изогнутое состояние было занято только после добавления нуклеотидов, что указывает на то, что релейная спираль, как и вся миозиновая головка, изгибается в ходе восстановления. Однако насыщение миозина нуклеотидом, приводящее к единственному биохимическому состоянию, не приводило к единому структурному состоянию.Как прямые, так и изогнутые структурные состояния релейной спирали были заняты, когда в активном сайте были связаны аналоги АТФ (ADP.BeF x ) или ADP.P i (ADP.AlF 4 ). Большая популяция была обнаружена в изогнутом структурном состоянии, когда был связан постгидролизный аналог ADP.AlF 4 . Мы пришли к выводу, что изгиб эстафетной спирали в ходе восстановления не требует гидролиза АТФ, но ему способствует. Более узкое распределение расстояний между зондами показывает упорядочение релейной спирали, несмотря на ее изгиб, во время такта восстановления, обеспечивая дальнейшее понимание динамики этого структурного перехода, преобразующего энергию.

Миозин — это молекулярный мотор, который генерирует силу на актин при сокращении мышц, перемещении клеток и внутриклеточном движении. Миозин работает циклически, дважды меняя свою структуру за цикл, производя силовой удар и восстановительный удар. Эти структурные изменения модулируются связыванием и гидролизом АТФ. Рентгеновские кристаллические структуры миозина в различных биохимических состояниях, захваченные аналогами нуклеотидов, которые, как считается, имитируют структурные промежуточные соединения миозина, предоставляют информацию о молекулярной организации и чувствительности к связыванию нуклеотидов, но молекулярные механизмы структурных переходов в растворе остаются неизвестными.Более того, взаимосвязь между связанным нуклеотидом и кристаллической структурой миозина не совсем согласована. Например, две различные кристаллические структуры были получены для миозина в комплексе с нуклеотидным аналогом ADP.BeF x (1, 2). Неясно, отражают ли эти различия внутреннее свойство миозина или они просто возникают из-за различий в условиях кристаллизации. Как недавно было сделано в обзоре (3), для дополнительного понимания необходимы сайт-ориентированное мечение и спектроскопия с использованием кристаллографических данных в качестве отправной точки.

На основании кристаллических структур миозина (4–6) и спектроскопии (7) было предложено, что домен, связывающий легкую цепь, вращается относительно каталитического домена, заставляя миозиновую головку выпрямляться при силовом ударе и изгибаться. ход восстановления (рис. 1 A ). Эти же кристаллические структуры предполагают, что этот переход между прямой (M *) и изогнутой (M **) структурами отражает удивительно похожий переход в релейной спирали (рис. 1 B ), α-спираль длиной 4,7 нм, которая связывает сайт связывания нуклеотидов с доменом легкой цепи через домен-конвертер (4, 5).Цель настоящего исследования — проверить эту гипотезу непосредственно в растворе во время восстановительного инсульта.

Рис.1.

Предлагаемая координация домена легкой цепи и релейной спирали. ( A ) Миозин S1 связан с актином (коричневый) в состояниях до восстановления (M *, S1 зеленый) и после восстановления (M **, S1 красный) (3). ( B ) Миозиновый моторный домен, наложение кристаллических структур 1FMV (M *, релейная спираль, зеленый) и 1VOM (M **, релейная спираль, красный), демонстрирующие предполагаемый изгиб релейной спирали.Оранжевый указывает на спроектированные участки маркировки, показывая прогнозируемое сокращение расстояния между 639 и 498 (голубые стрелки) и между 515 и 498 (пурпурные стрелки) во время такта восстановления.

Мы сконструировали два мутанта миозина с двойным Cys Dictyostelium discoideum, с одним сайтом мечения, расположенным на С-конце релейной спирали (K498C), а другим внутри стабильных спиралей в нижнем 50K-домене (D515C или A639C) (рис. 1 В ). Эти цистеины были помечены либо нитроксидной спиновой меткой, либо донорно-акцепторной парой.Затем мы измерили межзондовые расстояния с помощью ЭПР с временным разрешением [диполярный электронно-электронный резонанс (DEER)] и FRET с временным разрешением (TR-FRET) для определения структурных состояний релейной спирали в различных биохимических состояниях миозина.

Сайт-направленная спектроскопия ранее использовалась для обнаружения нуклеотид-зависимых структурных переходов в миозине. Флуоресценция мутантов миозина с одним Trp (9, 10) и ЭПР спиновых меток, прикрепленных к сайтам с одним Cys (11, 12), показали нуклеотид-зависимые изменения в локальном окружении меченых сайтов, и предыдущие исследования FRET (8, 13) ) предоставили информацию о структуре всей миозиновой головки, но ни одно из этих исследований не разрешило структурные состояния отдельного структурного элемента внутри миозина.В настоящем исследовании мы использовали ЭПР с временным разрешением и TR-FRET для получения структурного разрешения, необходимого для обнаружения движения, беспорядка и конформационной гетерогенности в пределах одного субдомена миозина, информации, необходимой для выяснения механизма междоменного взаимодействия и принципов энергии. трансдукция в миозине.

Результаты

Изгиб спирали реле, определяемый DEER.

DEER — это метод импульсного спинового эха ЭПР, который обнаруживает зависящие от расстояния дипольные взаимодействия между парой электронных спинов (14).Из-за зависимости r −3 дипольного взаимодействия и детектирования с временным разрешением, этот метод сообщает распределение спин-спиновых расстояний в образце с высоким разрешением в диапазоне от 2 до 6 нм (15). Спин-меченый миозин был захвачен в различных биохимических состояниях: M (апо), M.ADP, M.ATP (M.ADP.BeF x ) и M.ADP.P i (M.ADP.AlF ). 4 или M.ADP.V i ), а распределения межзондовых расстояний измеряли с помощью DEER (рис.2). Данные, полученные для M.ADP.AlF 4 и M.ADP.V i (улавливание биохимического состояния, аналогичного M.ADP.P i ), практически идентичны, поэтому в данном исследовании приводится только первый аналог. . Для обоих миозиновых мутантов связывание нуклеотидов вызывает более быстрый распад и колебания амплитуды спинового эха, что прямо указывает на уменьшение расстояния между зондами. По сравнению с состоянием апо-миозина, ADP оказал наименьшее влияние на данные DEER, ADP.AlF 4 имел наибольший эффект и эффект ADP.BeF x (аналог АТФ) был промежуточным (рис. 2).

Рис. 2.

Перегиб спирали реле разрешен ОЛЕНЬЕМ. ( Left ) Данные DEER с поправкой на фон, полученные из указанных биохимических состояний, нормированные на постоянную глубину модуляции и смещенные по вертикали для ясности. ( Right ) Распределения расстояний, извлеченные из данных DEER (M и M.ADP: одногауссово распределение, M.ADP.BeF X , M.ADP.AlF 4 : двухгауссово распределение). Параметры распределений приведены в таблице 1.

Сигналы спинового эха были смоделированы и подогнаны к экспериментальным данным с использованием гауссовых распределений расстояний (уравнение 1 ). В состоянии апо или с привязанным ADP одного гауссовского распределения расстояний было достаточно для получения качественной подгонки. Добавление второго гауссовского распределения расстояний не улучшило подгонку (рис. S1), указывая на единственную конформацию релейной спирали (рис. 2). Расстояние между зондами было наибольшим в состоянии апо, и наблюдалось небольшое, но последовательное уменьшение расстояния при связывании АДФ.Когда миозин был в комплексе с ADP.BeF x или ADP.AlF 4 , удовлетворительные совпадения были получены только с двухгауссовым распределением расстояний, отражающим два структурных состояния миозина с более длинными и более короткими расстояниями между зондами (рис. S1). . Все длинные и короткие расстояния, извлеченные из индивидуальных совпадений сигналов спинового эха, были подобны между комплексами M.ADP, M.ADP.AlF 4 и M.ADP.Be.F x . Следовательно, сигналы, соответствующие этим биохимическим состояниям, были согласованы глобально, предполагая, что присутствовали одни и те же два состояния, M * и M ** (характеризующиеся одинаковыми средними межзондовыми расстояниями R * и R **) (рис.2 и таблица 1). Качество этих подгонок, судя по значениям χ 2 , было сравнимо с качеством индивидуальных подгонок без ограничений, что указывает на наличие только двух различных структурных состояний (рис. 3 A и C ).

Таблица 1.

Распределение расстояний, R (FWHM) и мольные доли, наблюдаемые в каждом биохимическом состоянии, обнаруженное с помощью DEER (рис. 2)

Рис 3.

Подгонка сигналов DEER в различных биохимических состояниях миозина (мутант 639: 498).( A ) Каждый сигнал подбирался независимо. ( B ) Все сигналы были согласованы глобально с использованием одного набора параметров: R *, R **, FWHM *, FWHM **. ( C ) Все сигналы были согласованы глобально с использованием одного набора параметров, за исключением того, что FWHM * для M.ADP было разрешено отличаться от такового для M.ADP.BeF x и M.ADP.AlF 4 . Мы пришли к выводу, что два структурных состояния M * и M ** имеют одинаковые средние расстояния R * и R ** во всех трех биохимических состояниях, но ширина FWHM * распределения M * меньше в биохимических состояниях нуклеотидных аналогов.Параметры, полученные на основе этих наилучших совпадений, сведены в Таблицу 1.

Релейная спираль становится более упорядоченной во время восстановительного инсульта.

Нуклеотидные аналоги АТФ и АДФ.P i явно вызывают не только более высокие скорости распада, но и более выраженные колебания затухания спинового эха (особенно для 639: 498, рис. 2 Нижний , что указывает на более узкое распределение расстояний между зондами, по сравнению с состояниями, связанными с апо или ADP (рис. 2 справа ).3, было невозможно удовлетворительно подогнать данные, предполагая, что ширина распределений не изменялась во время структурного перехода миозина (сравните фиг. 3 A и B ). Если ширине распределения M * было позволено варьироваться, качество общих подгонок было эквивалентно качеству неограниченных подгонок (сравните Рис. 3 A и C ). Мы обнаружили, что структурная гибкость (характеризуемая шириной распределения расстояний) в состоянии M * была меньше в состоянии M.Комплексы ADP.BeF x и ADP.AlF 4 по сравнению с комплексом M.ADP. Ширина распределения расстояний была еще меньше в структурном состоянии M ** (рис. 2 Правый и таблица 1).

Изгиб спирали реле, определяемый TR-FRET.

FRET определяет расстояние r между донорными и акцепторными зондами, связанное за счет безызлучательной передачи энергии. В результате этой передачи энергии скорость затухания флуоресценции донора увеличивается пропорционально r -6 .В эксперименте TR-FRET донор возбуждается наносекундным лазерным импульсом, его флуоресценция детектируется с субнаносекундным разрешением, а время жизни флуоресценции τ используется для расчета расстояния r . Основным преимуществом TR-FRET по сравнению с обычным FRET (где измеряется только интенсивность стационарной флуоресценции) является способность разрешать множественные конформации белка с различными межзондовыми расстояниями, что приводит к различным временам жизни (16). Сигналы флуоресценции только донора [5 — ({2 — [(иодацетил) амино] этил} амино) нафталин-1-сульфоновой кислоты (IAEDANS)] (рис.S2) и донорно-акцепторные [IAEDANS-4 — ((4- (диметиламино) фенил) азо) бензойная кислота (DABCYL)] — меченые мутанты миозина были приобретены в различных биохимических состояниях: апо, M.ADP, M.ADP.BeF x (M.ATP) и M.ADP.AlF 4 (M.ADP.P) (рис.4 слева ). В отличие от DEER, TR-FRET был нечувствителен к связыванию ADP (рис. 4), вероятно, из-за меньшего разрешения по расстоянию FRET, а также большего размера и большей гибкости прикрепленных оптических зондов. Однако связывание ADP.BeF x и ADP.AlF 4 в миозин существенно уменьшил время жизни донора, что указывает на увеличение эффективности FRET и сокращение среднего расстояния между зондами (фиг. 4), как наблюдалось с помощью DEER (фиг. 2). Сигналы донорной флуоресценции для всех четырех биохимических состояний были согласованы глобально (при условии наличия тех же двух структурных состояний: M * и M **) в соответствии с уравнениями. 2 6 (рис.4). На основании сравнения невязок и значений χ 2 для одно- и двухгауссовой аппроксимации (рис.S3) мы пришли к выводу, что одно структурное состояние заселяется в биохимических состояниях апо и M.ADP, а два структурных состояния заселяются связанными ADP.BeF x и ADP.AlF 4 . Мольные доли популяций миозина, межзондовые расстояния и распределения расстояний, извлеченные из подгонок, показаны на рис. 4 и в таблице 2.

Рис. 4.

Изгиб спирали реле разрешен TR-FRET. ( Left ) Флуоресцентные сигналы донорно-акцепторных мутантов миозина в указанных биохимических состояниях.( Right ) Распределения расстояний, полученные путем подбора сигналов флуоресценции. Параметры распределений приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Распределение расстояний, R (FWHM) и мольные доли, наблюдаемые в каждом биохимическом состоянии, обнаруженные TR-FRET (рис. 4)

Обсуждение

Целью данного исследования было определение структуры релейной спирали при динамическом миозин-нуклеотидном взаимодействии в растворе. Релейная спираль, важный элемент области миозина, генерирующей силу, соединяет сайт связывания нуклеотидов и конвертерный домен.Кристаллические структуры миозина демонстрируют две различные конформации релейной спирали, зависящие от связанного аналога нуклеотида. Широко распространено мнение, что переход между этими конформациями миозина, инициированный взаимодействием миозин-АТФ, является инсультом восстановления. В этом исследовании мы задаем следующие вопросы: сколько структурных состояний принимает релейная спираль в растворе? Есть ли прямая корреляция между состоянием нуклеотид-связывающего кармана и состоянием релейной спирали? Насколько жестка спираль реле? Что инициирует инсульт восстановления миозина, связывание АТФ или гидролиз АТФ? Мы использовали два дополнительных метода спектроскопии зонда, DEER и FRET, оба из которых используют импульсное возбуждение и детектирование с временным разрешением для получения структурного разрешения.Для обоих методов были использованы две пары сайтов мечения для триангуляции положений зонда в различных биохимических состояниях миозина и однозначного определения структурных состояний миозина.

Relay Helix принимает два структурных состояния в миозин-нуклеотидных комплексах.

Данные по DEER и TR-FRET очень хорошо согласуются (Таблица 3). Оба метода показывают наличие двух структурных состояний миозина (M * и M **) в одном биохимическом (миозин-нуклеотидный аналог) состоянии. Эти структурные состояния заселялись по-разному в зависимости от связанного аналога нуклеотида (ADP.AlF 4 , ADP.BeF x ). Апо миозин проявлял одно отчетливое структурное состояние, М. Биохимическое состояние миозин-АДФ проявляло одно структурное состояние, М *. Расстояние между зондами в состоянии M * было всего на ≈0,15 нм короче, чем в состоянии M, что указывает на незначительное изменение структуры релейной спирали после связывания ADP. Только DEER четко определяет структурные изменения между состояниями M и M *, вероятно, из-за его превосходного разрешения по расстоянию и меньшего размера спиновой метки по сравнению с зондами FRET.Разница в межзондовых расстояниях между структурными состояниями M * и M ** гораздо более выражена (≈0,5 нм), что отражает существенное изменение конформации релейной спирали. Мы пришли к выводу, что существует только два различных структурных состояния силогенерирующей области миозина в биохимических состояниях M.ATP и M.ADP.Pi, M * и M **. Это наблюдение разрешает споры, возникшие в результате наблюдения двух разных кристаллических структур одного и того же миозина в комплексе с одним и тем же аналогом нуклеотида (ADP.BeF x ) (1, 2). Наши результаты показывают, что оба структурных состояния заняты в растворе, поэтому структура, захваченная кристаллизацией, вероятно, зависит от конкретных экспериментальных условий, используемых для приготовления белка и роста кристаллов.

Таблица 3.

Межзондовые расстояния (нм) в состояниях миозина до восстановления (M *) и после восстановления (M **), определяемые различными методами

Генерирующая силу область миозина более упорядочена в структурном состоянии после восстановления.

Анализ распределения межзондовых расстояний в структурных состояниях M * и M ** показывает меньшую ширину в состоянии M ** удара после восстановления, что указывает на больший порядок в генерирующей силу области миозина. В соответствии с этими экспериментальными результатами, моделирование молекулярной динамики миозина (MD) показало уменьшение колебаний основной цепи в релейной спирали при переходе от M * к M ** (рис. 5). Напротив, MD не обнаружил значительного влияния этого перехода на колебания остова на других сайтах в более низком домене 50K, включая сайты мечения D515 и A639.N-концевая часть релейной спирали является продолжением петли переключателя II, важного структурного элемента нуклеотид-связывающего сайта миозина; переключатель II разомкнут в M * и замкнут в M **. Экспериментально наблюдаемое более узкое распределение расстояний в структурном состоянии M ** (рис. 2 и таблица 1), подтвержденное уменьшением среднеквадратичных колебаний основной цепи в моделировании MD, отражает закрытие переключателя II и более сильное связывание нуклеотидов.

Рис. 5.

Моделируемые колебания позвоночника в структурных состояниях до восстановления (зеленый) и после восстановления (красный).Существенные различия наблюдаются только в релейной спирали (остатки 465–499).

Связывание АТФ инициирует ход восстановления.

Наши результаты показывают, что ретрансляционная спираль реагирует на изменения состояния нуклеотидного связывающего кармана и идентифицирует ретрансляционную спираль как междоменный линкер, который передает изменения от активного сайта к конвертирующему домену миозина. Поразительно, что мы обнаружили, что с аналогом АТФ (ADP.BeF x ), связанным в активном сайте, спираль ретранслятора миозина может принимать структурные состояния как до восстановления, так и после восстановления.В отличие от классической модели функции миозина, в которой гидролиз АТФ связан с инсультом восстановления и служит его движущей силой, наши наблюдения показывают, что связывание АТФ играет решающую роль в инсульте восстановления. Ход восстановления предшествует гидролизу и происходит при связывании АТФ в активном центре. Следовательно, гидролиз необходим не для подпитки цикла восстановления, а для облегчения выпуска продукта и продолжения цикла. Эта гипотеза была ранее предложена на основе МД-моделирования (17, 18) и кристаллических структур, которые предполагали, что переключатель II в нуклеотидном кармане должен быть закрыт, чтобы миозин находился в каталитически активной форме (5, 19).Эксперименты по релаксации с одиночными мутантами Trp и аналогами нуклеотидов (20) показали изменения собственной флуоресценции миозина после быстрого скачка температуры или давления. Это было связано с наличием равновесия между открытой (до восстановления) и закрытой (после восстановления) конформациями и использовалось для расчета констант равновесия между состояниями. Наши измерения расстояния обеспечивают необходимые размерные детали для разрешения двух сосуществующих структурных состояний и непосредственного определения положения релейной спирали в каждом из состояний.

DEER и TR-FRET дополняют друг друга.

Хотя оба метода используют импульсное возбуждение и детектирование с временным разрешением и одни и те же участки мечения, каждый из них имеет определенные преимущества. По сравнению с относительно простым экспоненциальным затуханием донорной флуоресценции в экспериментах FRET, сложная форма сигналов модулированной интенсивности эха в DEER имеет более отчетливые спектральные особенности, которые можно использовать для оценки качества подбора, обеспечивая более высокое структурное разрешение. Еще одно преимущество DEER заключается в маркировке: меньший размер зонда и возможность использовать один и тот же зонд в обоих местах (по сравнению с парами донор-акцептор в FRET) упрощают подготовку образца и приводят к более надежной интерпретации данных.В частности, только DEER обнаружил незначительные (≈0,1 нм) изменения в структуре при связывании АДФ, показал значительное уменьшение ширины распределения в состояниях M.ADP.BeF x и M.ADP.AlF 4 , и однозначно разрешили два структурных состояния в комплексах миозин-нуклеотидный аналог. Однако эксперименты TR-FRET могут проводиться при физиологических температурах и иметь на несколько порядков более высокую чувствительность, давая информацию о распределении расстояний в одном 50-нсекундном сигнале, обнаруженном с субнаносекундным разрешением.Таким образом, FRET может обеспечить это структурное разрешение в реальном времени во время биохимического переходного процесса. Кроме того, измерения FRET могут использоваться для установления верхнего предела скорости перехода между разрешенными конформациями, которая приблизительно обратно пропорциональна среднему наблюдаемому времени жизни флуоресценции. Например, две конформации, разрешенные в таблице 2, должны обмениваться медленнее, чем ≈10 8 с -1 .

Выводы

Мы разработали конструкции миозина для измерения индуцированной нуклеотидами динамики спирали реле миозина, важного структурного элемента в области генерирования силы, соединяющей сайт связывания нуклеотида и плечо рычага.Комбинируя белковый мутагенез, сайт-направленное мечение, импульсную ЭПР-спектроскопию с высоким разрешением (DEER) и высокочувствительную флуоресцентную спектроскопию (TR-FRET), мы () обнаружили структурные изменения (изгиб и упорядочение) в спирали реле миозина в ответ на связывание аналога нуклеотида, ( ii ) разрешил два структурных состояния (прямое и изогнутое) релейной спирали в единственном биохимическом состоянии миозина со связанным аналогом нуклеотида, а ( iii ) обнаружил изменения порядка и межзондовых расстояний во время взаимодействие миозина с АТФ.Мы пришли к выводу, что ( i ) изгиб (структурное состояние) релейной спирали только слабо связано с идентичностью связанного нуклеотида (биохимическое состояние), и ( II ) изогнутое состояние релейной спирали частично заселено. сразу после связывания АТФ с миозином, не требуя гидролиза АТФ. Более широкое распределение межзондовых расстояний в состояниях предвосстановительного удара указывает на гибкость N-концевой части релейной спирали, когда петля switch II в сайте связывания нуклеотидов открыта.Эти результаты предоставляют прямую информацию о структурной динамике релейной спирали в миозине в растворе, обеспечивая понимание взаимодействия между активным сайтом миозина и областью, генерирующей силу.

Материалы и методы

Подготовка и маркировка белков.

Мутанты миозина D. discoideum были сконструированы и очищены, как описано (21). Для DEER белок был помечен спиновой меткой 4-малеимидо-2,2,6,6-тетраметил-1-пиперидинилокси (MSL) путем инкубации 100 мкМ миозина с 600 мкМ MSL в течение 12 ч на льду, в результате чего мечение> 90% Cys, как измерено масс-спектрометрией и спектральной интенсивностью.Для FRET белок был помечен в два этапа. Сначала 50 мкМ миозина инкубировали с 45 мкМ донора (IAEDANS) в течение 12 часов. Затем этот белок разбавляли до 25 мкМ и инкубировали со 100 мкМ акцептором (DABCYL). После каждого этапа мечения непрореагировавшую метку удаляли с помощью спин-колонок для исключения размера (Pierce). Степень маркировки FRET, определяемая по поглощению красителя, обычно составляла 30-40% донора и 60-70% акцептора, причем метились практически все цистеины. Буфер для маркировки содержал 20 мМ Mops, 50 мМ KCl, 3 мМ MgCl 2 и 1 мМ EDTA, pH 7.5. Комплексы миозина с аналогами нуклеотидов получали, как описано (12). Если не указано иное, все эксперименты проводили при 20 ° C в буфере, содержащем 20 мМ N, — (2-гидроксиэтил) пиперазин- N ‘ -3-пропансульфоновую кислоту (EPPS), 6 мМ MgCl 2 и 1 мМ EGTA, pH 8,0.

Анализы АТФазы.

Активность миозин-АТФазы

измеряли в физиологическом буфере (Т = 25 ° C в 10 мМ Трис, 3 мМ MgCl 2 и 5 мМ АТФ, pH 7,5) в присутствии и в отсутствие актина по высвобождению неорганического фосфата ( 22).Зависимость активности миозин-АТФазы от концентрации актина была аппроксимирована уравнением Михаэлиса-Ментен для определения V max (активность насыщающего актина) и K m (концентрация актина при V = 0,5 V). max ) (подробности в таблице S1).

Распределение межзондовых расстояний.

Чтобы отразить гибкость в структуре белка, сигналы DEER и FRET моделировались с использованием набора распределений расстояний, а не набора дискретных расстояний.Предполагалось, что форма каждого распределения является гауссовой: где σ — стандартное отклонение, а FWHM — полная ширина на половине высоты.

ОЛЕНЬ.

Сигналы DEER с временным разрешением были получены с помощью спектрометра Elexsys E580 (Bruker Biospin), оснащенного диэлектрическим резонатором (MD-5; Bruker Biospin), с использованием четырехимпульсной последовательности DEER (23) с π / два импульса 16 нс. и импульс ELDOR длительностью 40–48 нс. Частота накачки была сосредоточена на центральном резонансе спиновой метки нитроксида, а наблюдаемая частота была установлена ​​на низкополевом резонансе на расстоянии 67 МГц.Температура во время сбора данных была установлена ​​на 65 ° К. Образцы миозина (50–75 мкМ) были мгновенно заморожены в жидком азоте перед помещением в спектрометр. Буфер содержал 20 мМ EPPS, 6 мМ MgCl 2 , 1 мМ EGTA и 10% глицерина (pH 8,0). Сигналы спинового эха анализировали с помощью программного пакета DeerAnalysis (24), который подбирает моделированные сигналы DEER к данным, предполагая одно или два гауссовых распределения межзондовых расстояний (уравнение 1 ).

TR-FRET.

Флуоресценция AEDANS-миозина возбуждалась с помощью третьей гармоники микрочипового YAG-лазера с пассивной модуляцией добротности (NanoUV-355; JDS Uniphase), работающего с частотой следования импульсов 10 кГц и выбора с помощью длинного прохода 420 нм. стеклянный фильтр.Чтобы избежать эффектов анизотропии, флуоресценцию пропускали через поляризатор, ориентированный под магическим углом. Сигналы флуоресценции регистрировались после каждого лазерного выстрела с помощью модуля фотоумножителя Hamamatsu H5773-20 (время нарастания 0,78 нс) и регистрировались с помощью дигитайзера переходных процессов (Acqiris DC252) с разрешением дискретизации 0,125 нс. Функция отклика прибора (IRF) была получена с помощью рассеянного света при тех же настройках прибора, что и при измерении флуоресценции, за исключением того, что не было фильтра излучения и поляризация излучения была вертикальной.

Анализ данных TR-FRET.

Наблюдаемый сигнал флуоресценции только для донора F Dobs ( t ) от меченого миозина был аппроксимирован моделированием F Dsim ( t ), состоящим из многоэкспоненциального распада F D D ( t ), свёрнутая с IRF: где τ Di — времена жизни только донорной флуоресценции. Мы обнаружили, что две экспоненциальные составляющие ( n = 2 в уравнении. 2 ) было достаточно; т.е. добавление третьего компонента к подгонке не уменьшило остаток или χ 2 . Для каждого биохимического состояния был проанализирован сигнал флуоресценции меченного донорно-акцепторным миозином перед сверткой, F DA ( t ), предполагая, что единственное изменение в F D ( t ) было повышенная скорость распада, вызванная переносом энергии k T = ∫ k Di [ρ ( r ) / R 0 i ] −6 dr , где ρ ( r ) — распределение донорно-акцепторных расстояний (ур. 1 ), k Di = 1 / τ Di и R 0 i — расстояние Фёрстера, определяемое (уравнение S1 , рис. S4). Наблюдаемый сигнал донорно-акцепторной флуоресценции перед сверткой, F D + A ( t ), был принят как сумма трех членов: где X * и X ** ( X * + X ** = 1) — мольные доли миозина в состоянии до восстановления (прямая ретрансляционная спираль) и после восстановления (изогнутая ретрансляционная спираль), а X D — мольная доля меченного только донором миозина ( X D + X DA = 1).

Наблюдаемые сигналы флуоресценции в присутствии и в отсутствие акцептора были согласованы глобально (одновременно) смоделированными выражениями в уравнениях. 3 и 6 . Интенсивности A i , время жизни τ i , расстояния R * и R **, ширина FWHM * и FWHM **, а также фракция X D меченного только донором миозина. связаны и изменяются одновременно. X ** (доля структурного состояния M **) варьировалась независимо для каждого сигнала в глобальной подгонке.

Подробнее см. SI Текст .

Благодарности

Благодарим Юнис Сонг и Октавиана Корнеа за техническую помощь. Использованный инструмент флуоресценции с временным разрешением был вдохновлен многочисленными проницательными обсуждениями с Грегори Д. Гиллиспи из Fluorescence Innovations, Inc. Эта работа была поддержана грантами AR32961 (для DDT) и AR53562 (для YEN) Национального института здравоохранения Медицинский фонд Миннесоты (в YEN). Моделирование MD было выполнено с использованием вычислительных ресурсов института суперкомпьютеров Университета Миннесоты.

Сноски

  • 1 Кому можно адресовать корреспонденцию. Электронная почта: ddt {at} umn.edu или yn {at} ddt.biochem.umn.edu
  • Вклад авторов: R.V.A., D.D.T. и Y.E.N. спланированное исследование; R.V.A., Y.V.T. и Y.E.N. проведенное исследование; I.V.N., S.E.B. и M.A.T. внесены новые реагенты / аналитические инструменты; Р.В.А. и Ю. проанализированные данные; и R.V.A., D.D.T. и Y.E.N. написал газету.

  • Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

  • Эта статья представляет собой прямое представление PNAS.

  • Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/cgi/content/full/0

    7106/DCSupplemental.

Динамическая структурная биология на основе FRET: проблемы, перспективы и призыв к практикам открытой науки

Понимание того, как биомолекулы соединяют структурную динамику с функцией, лежит в основе нескольких дисциплин и остается выдающейся целью биологии.Связывание конформационных состояний и их переходов с биохимической функцией требует способности точно определять структуру и динамику биологической системы, которая часто изменяется при связывании лиганда или находится под влиянием химических и физических свойств окружающей среды. Наиболее хорошо зарекомендовавшие себя инструменты структурной биологии предоставили с высоким разрешением «снимки» состояний в кристаллизованной или замороженной форме (например, рентгеновская кристаллография и криоэлектронная микроскопия одиночных частиц, криоЭМ) или усредненное по ансамблю всех конформаций. (е.g., ядерный магнитный резонанс, ЯМР; малоугловое рассеяние рентгеновских лучей, МУРР; малоугловое рассеяние нейтронов, МУРН; двойной электронно-электронный резонанс, DEER; поперечно-сшивающая масс-спектрометрия, XL-MS; ансамбль-FRET). В последние годы дальнейшие разработки позволили этим традиционным структурным инструментам обнаруживать конформационную динамику и промежуточные продукты реакции. Например, методы ЯМР (Anthis and Clore, 2015; Clore and Iwahara, 2009; Palmer, 2004; Ravera et al., 2014; Sekhar and Kay, 2019) и методы электронного парамагнитного резонанса (Jeschke, 2018; Jeschke, 2012; Krstić). и другие., 2011) были продвинуты для изучения конформационной динамики и захвата временных промежуточных соединений. Кристаллографические исследования с временным разрешением использовались для определения функционально релевантных структурных смещений, связанных с биологической функцией (Kupitz et al., 2014; Moffat, 2001; Schlichting et al., 1990; Schlichting and Chu, 2000; Schotte et al., 2003). ). Достижения в микрожидкостных устройствах для смешивания и распыления позволили использовать криоЭМ с временным разрешением (Feng et al., 2017; Kaledhonkar et al., 2018) и масс-спектрометрию с поперечными связями (XL-MS или CL-MS) (Braitbard et al., 2019; Brodie et al., 2019; Чен и др., 2020; Якобуччи и др., 2019; Мураками и др., 2013; Славин, Калисман, 2018). Прогресс в вычислительных методах также предоставил новые инструменты для изучения биомолекулярной структуры и динамики. Каждое из этих достижений подчеркивает возросшее понимание того, что необходимо напрямую и непрерывно отслеживать динамические свойства отдельных биомолекул, чтобы понять их функцию и регуляцию.

В этом контексте FRET (называемый резонансным переносом энергии флуоресценции или резонансным переносом энергии Фёрстера [Braslavsky et al., 2008]) исследования на ансамблевом и одномолекулярном уровнях стали важными инструментами для измерения структурной динамики по крайней мере на 12 порядков во времени и картирования конформационных и функциональных неоднородностей биомолекул в условиях окружающей среды. Исследования FRET, исследующие затухание флуоресценции на уровне ансамбля (Grinvald et al., 1972; Haas et al., 1975; Haas, Steinberg, 1984; Hochstrasser et al., 1992) (FRET с временным разрешением) позволили уже в начале 1970-х годов исследование структурных неоднородностей на временах, превышающих время жизни флуоресценции (несколько нс).Этот подход используется до сих пор (Becker, 2019; Orevi et al., 2014; Peulen et al., 2017) и перенесен в исследования одиночных молекул. Возможность измерения FRET в отдельных молекулах (Deniz et al., 1999; Ha et al., 1996; Lerner et al., 2018a) сделала этот метод еще более привлекательным. Одномолекулярный FRET (smFRET) широко используется для изучения конформационной динамики и биомолекулярных взаимодействий в стационарных условиях (Dupuis et al., 2014; Larsen et al., 2019; Lerner et al., 2018а; Lipman et al., 2003; Маргиттай и др., 2003; Мазаль и Аран, 2019; Michalet et al., 2006; Ореви и др., 2014; Ray et al., 2019; Sasmal et al., 2016; Schuler et al., 2005; Schuler et al., 2002; Steiner et al., 2008; Zhuang et al., 2000). Примечательно, что во многих механистических исследованиях достаточно использовать FRET для различения различных конформаций и определения кинетических скоростей, так что абсолютные эффективности FRET и, следовательно, расстояния не нужно определять. Однако возможность точного измерения расстояний и кинетики с помощью smFRET привела к его появлению в качестве важного инструмента в эту новую эру « динамической структурной биологии » для картирования биомолекулярных неоднородностей и измерения структурной динамики в широком диапазоне временных масштабов (Lerner и другие., 2018а; Мазаль и Аран, 2019; Санабрия и др., 2020; Шулер и Хофманн, 2013; Weiss, 1999).

Одномолекулярные методы FRET (smFRET) имеют много преимуществ в качестве метода структурной биологии, в том числе:

  • чувствительность к макромолекулярным расстояниям (2,5–10 нм),

  • способность разрешать структурные и динамические неоднородности,

  • высококачественные измерения с низким потреблением образцов интересующих молекул (низкие концентрации и низкие объемы), поскольку образец анализируется по одной молекуле за раз,

  • определение структурных переходов в состоянии равновесия, следовательно, без необходимости синхронизации,

  • возможность обнаружения (очень) редких событий.Действительно, в биологии наиболее интересными для изучения молекулы часто являются редкие, функционально активные молекулы среди моря неактивных молекул,

  • высокая чувствительность и специфичность для меченых молекул. Поскольку только меченая молекула вносит уникальный вклад в детектируемый сигнал, эти индикаторы также могут применяться в качестве FRET-репортеров в тесноте (Dupuis et al., 2014; Soranno et al., 2014; Zosel et al., 2020b) (отсюда smFRET может использоваться для проверки результатов, полученных изолированно, или обнаружения модуляции конформационных предпочтений и / или структурной динамики посредством так называемых пяти взаимодействий [Guin and Gruebele, 2019]), и

  • высокая специфичность в отношении остатков / доменов за счет специфической маркировки.Биомолекулы могут быть специально помечены уникальной парой красителей, что позволяет проводить измерения smFRET для всех размеров молекул, включая большие сложные сборки (см. Рисунок 1 [Kilic et al., 2018]), активные биологические машины (например, рибосомы) ( Dunkle et al., 2011) и даже на целых нативных вирионах (Lu et al., 2019; Munro et al., 2014).

Рабочий процесс моделирования динамических структур по измерениям FRET.

( A ) Интеграционное моделирование требует структурной и динамической информации. Предварительная информация из традиционных подходов (рентген, ЯМР, криоЭМ) вместе с вычислительными инструментами определяет пространство возможных решений для структурного моделирования с помощью FRET. Комбинация структурной (расстояния между красителями) и динамической информации (кинетическая связь и обменные курсы) позволяет идентифицировать непротиворечивую модель. ( B ) Изучение структуры и динамики хроматиновых волокон.Комбинированное TIRF и конфокальное FRET исследование структуры и динамики хроматиновых волокон с использованием трех позиций маркировки FRET (DA1-3) для двух пар красителей с различными расстояниями Ферстера. Расстояния Фёрстера (определены в разделе Расстояния между красителями, уравнение 6). Предварительная структурная информация, полученная с помощью криоэлектронной микроскопии (вверху слева) (Song et al., 2014) и рентгеновской кристаллографии (вверху, справа PDB ID: 1ZBB Schalch et al., 2005), объединена со структурной и динамической информацией. полученные в результате экспериментов FRET на иммобилизованных молекулах, измеренных с помощью микроскопии полного внутреннего отражения (TIRF), и на свободно диффундирующих молекулах с помощью конфокальной микроскопии (Kilic et al., 2018). На основе объединенной информации получается согласованная модель конформаций хроматиновых волокон со смещенными регистрами, которые связаны медленными (> 100 мс) и быстрыми процессами декомпакции (150 мкс), которые не протекают напрямую, а скорее через открытое волокно. конформация. Рисунок 1B был воспроизведен с рисунков 1, 3 и 6 в Kilic et al., 2018, Nature Communications с разрешения, опубликованном под Международной общественной лицензией Creative Commons Attribution 4.0 (CC BY 4.0; https: // creativecommons.org / licenses / by / 4.0 /).

© 2018, Kilic et al. Панель B была воспроизведена с рисунков 1, 3 и 6 в Kilic et al., 2018 с разрешения, опубликованного в соответствии с Международной общественной лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

Несколько методов были использованы для определения структурных ансамблей, таких как ЯМР, одночастичная криоЭМ или XL-MS, а недавно также smFRET в интегративном / гибридном (I / H) подходе с компьютерным моделированием для преодоления разреженности экспериментальных данных. относительно атомистического описания (Берман и др., 2019; де Соуза и Пикотти, 2020; Димура и др., 2020; Gauto et al., 2019; Кукос и Бонвин, 2020; На и Пэк, 2020; Тан и Гонг, 2020; Webb et al., 2018). Структурные модели I / H, полученные из экспериментов smFRET с использованием расстояний между красителями в качестве ограничений, были описаны для гибких свернутых белков (Brunger et al., 2011; Hellenkamp et al., 2017; Margittai et al., 2003; McCann et al., 2012). ), конформационные ансамбли неупорядоченных / неструктурированных и развернутых белков (Borgia et al., 2018; Holmstrom et al., 2018; Schuler et al., 2020), нуклеиновые кислоты и комплексы белок-нуклеиновая кислота (Craggs et al., 2019; Craggs, Kapanidis, 2012; Kalinin et al., 2012; Lerner et al., 2018b; Muschielok et al., 2008). ; Возняк и др., 2008).

Еще одним уникальным аспектом исследований smFRET является то, что структурная, кинетическая и спектроскопическая информация о больших и сложных системах может быть записана одновременно в одном измерении. Это облегчает объединение динамической и структурной информации в интегративный подход к (рис. 1A) (Hellenkamp et al., 2017; Килич и др., 2018; Ли и др., 2020b; Санабрия и др., 2020; Вассерман и др., 2016; Янез Ороско и др., 2018):

.
  • определяют количество возможных структур, согласующихся с данными,

  • потенциально снижает неоднозначность между различными структурными моделями, совместимыми с экспериментальными данными, а

  • раскрывают структурно разрешенные динамические пути обмена.

В качестве примера на рисунке 1B показаны результаты мультимодального исследования smFRET конформационного ландшафта 12-мерного массива хроматина (~ 2.5 MDa) (Kilic et al., 2018) с динамикой, происходящей во временных масштабах от наносекунд до часов. SmFRET эксперименты могут обнаруживать гибкие конформации хроматина (Рисунок 1B, средняя панель), показывая их динамическую структурную неоднородность (Рисунок 1B, нижняя панель), в отличие от хорошо упорядоченных статических структур хроматиновых волокон (Рисунок 1B, верхняя панель). Эти гибкие, частично открытые и открытые конформации, которые довольно многочисленны в растворе (популяция> 70%; рис. 1B, нижняя панель), не были разрешены ранее, хотя они необходимы для правильной организации и функции генов.Они представляют собой центральный узел взаимопревращений для отдельных регистров стэкинга хроматина и их трудно обнаружить с помощью других структурных методов. Такой подход к визуализации биомолекул в действии в условиях окружающей среды подчеркивает важность их динамической природы путем разрешения переходов между различными конформационными состояниями, что во многих случаях способствует их функции (Aviram et al., 2018; Henzler-Wildman et al., 2007; Iljina et al., 2020; Lerner et al., 2018b; Sanabria et al., 2020; Tassis et al., 2020).

Измерения

SmFRET обычно выполняются с использованием двух подходов: с использованием иммобилизованных на поверхности молекул с использованием флуоресцентной микроскопии полного внутреннего отражения (TIRFM) и обнаружения на основе камеры или со свободно диффундирующими молекулами в растворе с использованием конфокальной микроскопии и точечных детекторов. Экспериментальные системы доступны в продаже, но, как правило, их изготавливают самостоятельно. Образцы подготавливаются, а данные собираются с использованием протоколов для конкретных лабораторий, где данные хранятся в различных форматах файлов и анализируются с использованием набора все более мощного программного обеспечения.Для полевых исследований в целом и для структурных исследований в частности важно продемонстрировать, что smFRET как метод воспроизводим и надежен независимо от того, где и как измеряется образец. С этой целью под руководством Торстена Хугеля двадцать лабораторий объединились для измерения smFRET на нескольких конструкциях дцДНК (Hellenkamp et al., 2018a). Изучая шесть различных образцов с разными красителями и различными расстояниями между красителями, средняя эффективность FRET, полученная участвующими лабораториями, показала удивительно высокую степень согласия (ΔE между 0.02 и 0,05 в зависимости от деталей образца). Количественная оценка и воспроизводимость измерений smFRET на основе интенсивности и обсуждение анализа данных стали важной вехой. Эти стандарты дцДНК FRET теперь доступны для ежедневной калибровки и особенно полезны для новых групп, присоединяющихся к сообществу.

Вдохновленный идеями, полученными в ходе вышеупомянутой попытки FRET (Hellenkamp et al., 2018a), были начаты новые многолабораторные слепые исследования.Следующее сравнительное исследование FRET, проведенное Thorben Cordes, исследует надежность и надежность экспериментов smFRET на белках, претерпевающих индуцированные лигандом конформационные изменения (Gebhardt et al., В стадии подготовки). В этом исследовании используются два различных модельных белка для оценки воспроизводимости и точности smFRET на основе белков для измерения расстояния между красителями. Белковые системы ставят новые задачи, включая статистическую маркировку красителей, специфические для сайта свойства красителей, стабильность белков, транспортировку, хранение и конформационную динамику.Следовательно, в исследовании также оценивается способность smFRET обнаруживать и количественно оценивать динамику в различных временных масштабах от микросекунд до секунд. Еще одна задача FRET, инициированная Соней Шмид, — это программа kinSoftChallenge (http://www.kinsoftchallenge.com, Götz et al., В стадии подготовки), которая оценивает существующие инструменты для извлечения кинетической информации из временных траекторий одиночных молекул. Эта задача направлена ​​на: (1) продемонстрировать способность кинетического анализа на основе smFRET точно выводить динамическую информацию и (2) предоставить сообществу средства оценки различных доступных программных инструментов.

Одним из важных результатов различных исследований FRET в нескольких лабораториях было то, что, хотя согласие было хорошим, его можно было улучшить еще больше. В частности, анализ данных и, в частности, исправления могут повлиять на определенную эффективность FRET и результирующие расстояния. Следовательно, открытое обсуждение того, какие подходы работают наиболее надежно, при каких условиях необходимо. Доступ к первичным данным и возможность их обработки с помощью различных подходов к анализу были и останутся наиболее прозрачным способом продвижения вперед в этой области.В настоящее время это сложно, учитывая множество вариантов используемых методов, их документации, форматов файлов и экспериментальных процедур, применяемых в разных лабораториях, для установления оптимальных условий, рабочего процесса и передовых практик даже для существующих, хорошо протестированных методов, поскольку сравнение этих методов затруднительно. требует много времени, а необходимая информация во многих случаях недоступна. С расширением открытых научных практик и представлением опубликованных данных в репозитории необходим консенсус относительно того, какие данные и метаданные следует хранить и в каких возможных форматах, чтобы их могло легко использовать сообщество.

В связи с этими соображениями и множеством возможностей для роста сообщества smFRET, несколько лабораторий, имеющих опыт работы с FRET, без претензии на исчерпывающий или исключительный характер, собрались, чтобы поддержать эти усилия и предложить шаги по организации сообщества вокруг последовательной и открытой науки. практики. Это действие переводится в общие методологические рекомендации или предложения, которые мы представляем после типичного рабочего процесса эксперимента smFRET, включая подготовку и определение характеристик образцов, описание установки, сбор и сохранение данных, а также анализ данных.Эти рекомендации о том, как «практиковать» smFRET, являются , а не попыткой упорядочить сообщество, а скорее первоначальным предложением, которое направлено на поощрение открытого диалога о существующих практиках в нашей области и приводит к более высокой воспроизводимости результатов экспериментов smFRET. Затем мы обсуждаем практику открытой науки, а также первые шаги, которые были предприняты для формирования международного сообщества FRET. В завершение мы выделим несколько областей, в которых smFRET окажет большое влияние в различных областях науки в ближайшем будущем.

Развивающаяся универсальность SAXS: рассеяние рентгеновских лучей в растворе для макромолекулярной архитектуры, функциональных ландшафтов и интегративной структурной биологии

https://doi.org/10.1016/j.sbi.2019.04.004Получение прав и контента

Основные моменты

SAXS захватывает архитектуру и динамику, чтобы прояснить молекулярные ансамбли.

Технология SAXS позволяет исследовать ключевые термодинамические и кинетические свойства макромолекул.

Высокопроизводительный SAXS обеспечивает многопараметрическую биомолекулярную библиотеку и скрининг лекарств.

SAXS становится все более опорой в зарождающуюся интегративную эру структурной биологии.

Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей (SAXS) появилось как эффективный интегративный метод для всестороннего анализа макромолекулярных структур и взаимодействий в растворах. За последние два десятилетия SAXS стал основой набора инструментов структурных биологов, обеспечивая комплексные измерения молекулярной формы и динамики, которые раскрывают биологическую функцию.Здесь мы обсуждаем развивающуюся теорию, методы и приложения МУРР, которые расширяют область малоуглового рассеяния за пределы простой характеристики формы. Метод SAXS в сочетании с эксклюзионной хроматографией (SEC-SAXS) и методами с временным разрешением (TR-SAXS) теперь обеспечивает высокое разрешение макромолекулярной гибкости и ансамблей, очерчивание биофизических ландшафтов и упрощение высокопроизводительного скрининга библиотек для оценки макромолекулярные свойства и создание возможностей для открытия лекарств.Заглядывая вперед, мы рассматриваем SAXS в эпоху интеграции методов гибридной структурной биологии, его потенциал для освещения клеточных супрамолекулярных и мезомасштабных структур, а также его способность дополнять данные высокопроизводительного биоинформатического секвенирования. По мере того, как достижения в этой области продолжаются, мы надеемся на расширение использования SAXS, основанного на его способности надежно производить механистические идеи для биологии и медицины.

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

© 2019 Авторы.Опубликовано Elsevier Ltd.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *