Фетосекундтық сериялы кристаллография - Serial femtosecond crystallography

Фетосекундтық сериялы кристаллография (SFX) - формасы Рентгендік кристаллография пайдалану үшін әзірленген Рентгендік еркін электронды лазерлер (XFELs).[1][2][3] Еркін электронды лазерлердегі жалғыз импульстар жарқын, суб-микрон кристалдарынан Брагг дифракциясын тудырады. Алайда, бұл импульстер кристаллдарды да бұзады, яғни толық мәліметтер жиынтығы көптеген кристалдардан дифракцияны жинауды білдіреді. Деректерді жинаудың бұл әдісі деп аталады сериялық, рентген сәулесі бойынша бірінен соң бірі өтетін бірқатар кристалдарға сілтеме жасай отырып.

Сериялық фемтосекундтық кристаллография (SFX) схемасы

Тарих

Ал сериялық кристаллография идеясы бұрын ұсынылған болатын[дәйексөз қажет ], оны бірінші рет XFEL көмегімен Чапман және басқалар көрсетті.[4] кезінде Linac когерентті жарық көзі (LCLS) 2011 ж. Бұл әдіс белгісіз құрылымдарды шешуге, уақыт бойынша шешілген тәжірибелер жасауға кеңейтіліп, кейінірек синхронды рентген көздеріне қайта оралды.

Әдістер

Үш өлшемді мәліметтер жиынтығын жинау үшін бір (салыстырмалы түрде үлкен) кристалды айналдыратын кәдімгі кристаллографиямен салыстырғанда, өлшеу үшін кейбір қосымша әдістерді әзірлеу керек сериялық режимі. Біріншіден, кристаллдарды сәулелік фокус бойынша тиімді ағындылау әдісі қажет. Басқа маңызды айырмашылық деректерді талдау құбырында. Мұнда әрбір кристалл кездейсоқ, белгісіз бағытта орналасқан, оны барлық кристалдардан шыққан дифракциялық заңдылықтар 3D жиынтығына біріктірілгенге дейін есептеу керек. hkℓ қарқындылық.

Үлгіні жеткізу

Осы техникада қолданылған алғашқы үлгіні жеткізу жүйесі болды Газды динамикалық виртуалды шүмек (GDVN) құрамында вакуумда сұйықтық ағыны пайда болады (концентрлі гелий газ ағынымен үдетіледі), құрамында кристалдары бар. Содан бері көптеген басқа әдістер XFEL және синхротрон көздерінде сәтті көрсетілді. Осы әдістердің қысқаша сипаттамасы және олардың негізгі салыстырмалы ерекшеліктері төменде келтірілген:

  • Газды динамикалық виртуалды шүмек (GDVN)[5] - фонның шашыраңқылығы аз, бірақ үлгіні көп тұтыну. Тек жоғары қайталану жылдамдығы көздері үшін қол жетімді әдіс.[6]
  • Липидтік кубтық фаза (LCP) инжектор[7] - салыстырмалы түрде жоғары фонмен үлгінің төмен шығыны. Мембраналық ақуыздарға арнайы сәйкес келеді
  • Басқа жабысқақ жеткізгіштер[8][9] - LCP-ге ұқсас, фоны жоғары үлгінің аз шығыны
  • Тіркелген мақсатты сканерлеу жүйелері (әртүрлі жүйелер әртүрлі функциялармен, стандартты кристалды ілмектермен қолданылған,[10] немесе кремний чиптері[11]) - Үлгінің аз шығыны, фон жүйеге байланысты, механикалық тұрғыдан күрделі
  • Рулетка (а-ға автоматты түрде тамызылатын кристалдар Кэптон таспаға түсіріліп, рентгендік фокусқа келтірілген) - қозғалмалы бөліктерінің аз болуын қоспағанда, белгіленген мақсатты жүйелерге ұқсас

Мәліметтерді талдау

3D құрылымын жеке дифракциялық заңдылықтардан қалпына келтіру үшін оларды бағыттау, масштабтау және біріктіру керек, олар тізімнің тізімін жасау керек hkℓ қарқындылық. Содан кейін бұл қарқындылықты стандартты кристаллографиялық фазалау және нақтылау бағдарламаларына беруге болады. Алғашқы тәжірибелер тек үлгілерді бағдарлады[12] және кристалдардың көп мөлшерін (> 100,000) орташаландыру арқылы қарқындылықтың дәл мәндерін алды. Кейінгі нұсқалар интенсивтіліктің жалпы ауытқулары және сияқты жеке үлгі қасиеттерінің өзгеруіне сәйкес келеді B факторы вариациялар, сондай-ақ жеке Брагг шағылыстарының «жақтарын» түзету бағыттарын нақтылау.[13]

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ «G ақуызды біріктірілген рецепторлардың фемтосекундтық кристаллографиясы - PubAg». pubag.nal.usda.gov. АҚШ: Америка Құрама Штаттарының ұлттық ауылшаруашылық кітапханасы. Алынған 2019-02-26.
  2. ^ Mizohata E, Nakane T, Fukuda Y, Nango E, Iwata S (сәуір 2018). «SACLA сериялы фемтосекундтық кристаллография: динамикалық құрылымдық биологияға бетбұрыс». Биофизикалық шолулар. 10 (2): 209–218. дои:10.1007 / s12551-017-0344-9. PMC  5899704. PMID  29196935.
  3. ^ Мартин-Гарсия Дж.М., Конрад CE, Ко Дж, Рой-Чодхури С, Фромм Р (шілде 2016). «Сериялық фемтосекундтық кристаллография: құрылымдық биологиядағы революция». Биохимия және биофизика архивтері. 602: 32–47. дои:10.1016 / j.abb.2016.03.036. PMC  4909539. PMID  27143509.
  4. ^ Чэпмен Х.Н., Фромме П, Барти А, Уайт ТА, Кириан Р.А., Акила А және т.б. (Ақпан 2011). «Фемтосекундтық рентгендік протеиннің нанокристаллографиясы». Табиғат. 470 (7332): 73–7. Бибкод:2011 ж. 470 ... 73C. дои:10.1038 / табиғат09750. PMC  3429598. PMID  21293373.
  5. ^ DePonte DP, Weierstall U, Schmidt K, Warner J, Starodub D, Spence JC, Doak RB (қыркүйек 2008). «Микроскопиялық тамшылар ағындарын құруға арналған газ динамикалық виртуалды саптама». Физика журналы: Қолданбалы физика. 41 (19): 195505. arXiv:0803.4181. Бибкод:2008JPhD ... 41s5505D. дои:10.1088/0022-3727/41/19/195505. S2CID  119259244.
  6. ^ Wiedorn MO, Awel S, Morgan AJ, Ayyer K, Gevorkov Y, Fleckenstein H және т.б. (Қыркүйек 2018). «Рентгендік FEL кезінде мегагерцтің сериялық кристаллографиясы үшін сынаманы жылдам жеткізу». IUCrJ. 5 (Pt 5): 574-584. дои:10.1107 / S2052252518008369. PMC  6126653. PMID  30224961.
  7. ^ Weierstall U, James D, Wang C, White TA, Wang D, Liu W және т.б. (2014). «Липидтік куб фазалы инжектор мембраналық ақуыздың сериялық фемтосекундтық кристаллографиясын жеңілдетеді». Табиғат байланысы. 5: 3309. Бибкод:2014NatCo ... 5.3309W. дои:10.1038 / ncomms4309. PMC  4061911. PMID  24525480.
  8. ^ Сугахара М, Мизохата Е, Нанго Е, Сузуки М, Танака Т, Масуда Т және т.б. (Қаңтар 2015). «Май матрицасы сериялық кристаллография үшін ақуыздардың жан-жақты тасымалдаушысы ретінде». Табиғат әдістері. 12 (1): 61–3. дои:10.1038 / nmeth.3172. hdl:2433/203008. PMID  25384243. S2CID  25950836.
  9. ^ Конрад CE, Басу С, Джеймс Д, Ванг Д, Шаффер А, Рой-Чоудхури С және т.б. (Шілде 2015). «Сериялық фемтосекундтық кристаллография үшін инертті кристалды жеткізудің жаңа құралы». IUCrJ. 2 (Pt 4): 421-30. дои:10.1107 / S2052252515009811. PMC  4491314. PMID  26177184.
  10. ^ Гати С, Буренков Г, Клингге М, Рехерс Д, Стеллато Ф, Обертюр Д және т.б. (Наурыз 2014). «Синхротронды сәулеленуді қолданатын in vivo өсірілген микрокристалдарға сериялық кристаллография». IUCrJ. 1 (Pt 2): 87-94. дои:10.1107 / S2052252513033939. PMC  4062088. PMID  25075324.
  11. ^ Roedig P, Ginn HM, Pakendorf T, Sutton G, Harlos K, Walter TS және басқалар. (Тамыз 2017). «Жоғары жылдамдықты мақсатты сериялық вирус кристаллографиясы». Табиғат әдістері. 14 (8): 805–810. дои:10.1038 / nmeth.4335. PMC  5588887. PMID  28628129.
  12. ^ White TA, Kirian RA, Martin AV, Aquila A, Nass K, Barty A, Chapman HN (сәуір 2012). «CrystFEL: сериялық кристаллографияның суретке түсіруіне арналған бағдарламалық жасақтама» (PDF). Қолданбалы кристаллография журналы. 45 (2): 335–41. дои:10.1107 / S0021889812002312.
  13. ^ Ақ ТА, Мариани В, Брем В, Ефанов О, Барти А, Бейерлейн К.Р., Червинский Ф, Галлли Л, Гати С, Накане Т, Толстикова А, Ямашита К, Юн Ч, Диедерихс К, Чэпман ХН (сәуір 2016). «CrystFEL-дегі соңғы оқиғалар». Қолданбалы кристаллография журналы. 49 (Pt 2): 680-689. дои:10.1107 / S1600576716004751. PMC  4815879. PMID  27047311.

Сыртқы сілтемелер