Ketma-ket femtosaniyali kristallografiya - Serial femtosecond crystallography

Ketma-ket femtosaniyali kristallografiya (SFX) bu Rentgenologik kristallografiya da foydalanish uchun ishlab chiqilgan Erkin elektronli rentgen nurlari (XFEL).[1][2][3] Erkin elektron lazerlardagi bitta impulslar sub-mikron kristallaridan Bragg difraksiyasini hosil qilish uchun etarlicha yorqin. Biroq, bu impulslar kristallarni ham yo'q qiladi, ya'ni to'liq ma'lumotlar to'plami ko'plab kristallardan difraksiyani yig'ishni o'z ichiga oladi. Ma'lumotlarni yig'ishning ushbu usuli deb nomlanadi ketma-ket, birma-bir rentgen nurlari bo'ylab oqadigan bir qator kristallarga murojaat qilish.

Ketma-ket Femtosaniyali kristallografiya (SFX) sxemasi

Tarix

Serial kristalografiya g'oyasi ilgari ilgari surilgan edi[iqtibos kerak ], bu birinchi marta XFELlar bilan Chapman va boshq.[4] da Linak kogerent yorug'lik manbai (LCLS) 2011 yilda. Ushbu usul o'sha vaqtdan beri noma'lum tuzilmalarni echish, vaqt bo'yicha aniqlangan tajribalarni bajarish va keyinchalik yana sinxrotron rentgen manbalariga qaytarish uchun kengaytirildi.

Usullari

3D ma'lumotlar to'plamini to'plash uchun bitta (nisbatan katta) kristall aylanadigan an'anaviy kristalografiya bilan taqqoslaganda, o'lchash uchun qo'shimcha usullarni ishlab chiqish kerak ketma-ket rejimi. Birinchidan, kristallarni nurli fokus bo'ylab samarali ravishda uzatish uchun usul talab qilinadi. Boshqa muhim farq - bu ma'lumotlarni tahlil qilish quvur liniyasida. Bu erda har bir kristal tasodifiy, noma'lum yo'nalishda bo'lib, uni barcha kristallardan difraktsiya naqshlarini 3D to'plamiga birlashtirishdan oldin hisoblash kerak. hkℓ intensivlik.

Namunani etkazib berish

Ushbu texnikada ishlatiladigan birinchi namunalarni etkazib berish tizimi bu edi Gazli dinamik virtual nozul (GDVN) vakuumda suyuq reaktiv hosil qiladi (konsentrik geliy gaz oqimi bilan tezlashadi) tarkibida kristallar. O'shandan beri ko'plab boshqa usullar XFEL-larda ham, sinxrotron manbalarida ham muvaffaqiyatli namoyish etildi. Ushbu usullarning qisqacha mazmuni va ularning asosiy nisbiy xususiyatlari bilan quyida keltirilgan:

  • Gazli dinamik virtual nozul (GDVN)[5] - fonning tarqalishi past, ammo namuna iste'moli yuqori. Faqat takrorlash tezligi yuqori manbalar uchun usul mavjud.[6]
  • Lipidik kubik faza (LCP) injektor[7] - Nisbatan yuqori fon bilan namuna iste'moli past. Membrana oqsillari uchun maxsus mos keladi
  • Boshqa yopishqoq vositalar[8][9] - LCP ga o'xshash, yuqori fonga ega bo'lgan past namunali iste'mol
  • Ruxsat etilgan skanerlash tizimlari (turli xil tizimlar turli xil xususiyatlarga ega, standart kristalli ilmoqlar bilan ishlatilgan,[10] yoki kremniy chiplari[11]) - Namuna sarfi kam, fon tizimga bog'liq, mexanik jihatdan murakkab
  • Tasma haydovchi (a-ga avtomatik ravishda pipetka qilingan kristallar Kapton lenta va rentgen markaziga olib kelingan) - Harakatlanuvchi qismlar bundan mustasno, belgilangan maqsadli tizimlarga o'xshash

Ma'lumotlarni tahlil qilish

Shaxsiy diffraktsiya naqshlaridan 3D tuzilishini tiklash uchun ular yo'naltirilgan bo'lishi kerak, miqyosi va birlashtirilib, ro'yxatini yaratish kerak. hkℓ intensivlik. Keyinchalik ushbu intensivlikni standart kristalografik fazalash va takomillashtirish dasturlariga o'tkazish mumkin. Birinchi tajribalar faqat naqshlarga yo'naltirilgan[12] va o'rtacha miqdordagi (> 100,000) kristallar bo'yicha o'rtacha intensivlik qiymatlarini oldi. Keyinchalik versiyalar umumiy intensivlik o'zgarishlari va kabi individual naqsh xususiyatlarining o'zgarishini to'g'rilaydi B-omil o'zgaruvchanlik, shuningdek, individual Bragg aks ettirishlarining "qismlarini" tuzatish yo'nalishlarini takomillashtirish.[13]

Adabiyotlar

  1. ^ "G oqsillari bilan bog'langan retseptorlarning ketma-ket femtosekundlik kristallografiyasi - PubAg". pubag.nal.usda.gov. BIZ: Amerika Qo'shma Shtatlarining milliy qishloq xo'jaligi kutubxonasi. Olingan 2019-02-26.
  2. ^ Mizohata E, Nakane T, Fukuda Y, Nango E, Ivata S (2018 yil aprel). "SACLA-da ketma-ket femtosekundlik kristallografiya: dinamik strukturaviy biologiyaga yutuq". Biofizik sharhlar. 10 (2): 209–218. doi:10.1007 / s12551-017-0344-9. PMC  5899704. PMID  29196935.
  3. ^ Martin-Garsiya JM, Konrad Idoralar, Kou J, Roy-Chodhuri S, Fromme P (iyul 2016). "Ketma-ket femtosekund kristallografiyasi: Struktur biologiyada inqilob". Biokimyo va biofizika arxivlari. 602: 32–47. doi:10.1016 / j.abb.2016.03.036. PMC  4909539. PMID  27143509.
  4. ^ Chapman HN, Fromme P, Barty A, White TA, Kirian RA, Aquila A va boshq. (2011 yil fevral). "Femtosekundalik rentgen oqsillari nanokristallografiyasi". Tabiat. 470 (7332): 73–7. Bibcode:2011 yil 470 ... 73C. doi:10.1038 / nature09750. PMC  3429598. PMID  21293373.
  5. ^ DePonte DP, Weierstall U, Shmidt K, Warner J, Starodub D, Spence JC, Doak RB (sentyabr, 2008). "Mikroskopik tomchilar oqimlarini yaratish uchun gazli dinamik virtual nozul". Fizika jurnali D: Amaliy fizika. 41 (19): 195505. arXiv:0803.4181. Bibcode:2008 yil JPhD ... 41s5505D. doi:10.1088/0022-3727/41/19/195505. S2CID  119259244.
  6. ^ Wiedorn MO, Awel S, Morgan AJ, Ayyer K, Gevorkov Y, Fleckenstein H va boshq. (Sentyabr 2018). "Rentgen FELlarida megahertz seriyali kristallografiya uchun tezkor namunalarni etkazib berish". IUCrJ. 5 (Pt 5): 574-584. doi:10.1107 / S2052252518008369. PMC  6126653. PMID  30224961.
  7. ^ Weierstall U, Jeyms D, Vang S, Oq TA, Vang D, Liu V va boshq. (2014). "Lipidik kub fazali injektor membrana oqsilining ketma-ket femtosekundlik kristallografiyasini osonlashtiradi". Tabiat aloqalari. 5: 3309. Bibcode:2014 NatCo ... 5.3309W. doi:10.1038 / ncomms4309. PMC  4061911. PMID  24525480.
  8. ^ Sugahara M, Mizohata E, Nango E, Suzuki M, Tanaka T, Masuda T va boshq. (Yanvar 2015). "Yog 'matritsasi seriyali kristalografiya uchun oqsillarni ko'p qirrali tashuvchisi sifatida". Tabiat usullari. 12 (1): 61–3. doi:10.1038 / nmeth.3172. hdl:2433/203008. PMID  25384243. S2CID  25950836.
  9. ^ Conrad Idoralar, Basu S, Jeyms D, Vang D, Shaffer A, Roy-Chodhuri S va boshq. (2015 yil iyul). "Ketma-ket femtosekundlik kristallografiya uchun yangi inert kristal etkazib beruvchi vosita". IUCrJ. 2 (Pt 4): 421-30. doi:10.1107 / S2052252515009811. PMC  4491314. PMID  26177184.
  10. ^ Gati C, Bourenkov G, Klinge M, Rehders D, Stellato F, Oberthur D va boshq. (2014 yil mart). "Sinxrotron nurlanishidan foydalangan holda in vivo jonli mikrokristallarga ketma-ket kristalografiya". IUCrJ. 1 (Pt 2): 87-94. doi:10.1107 / S2052252513033939. PMC  4062088. PMID  25075324.
  11. ^ Roedig P, Ginn HM, Pakendorf T, Satton G, Xarlos K, Valter TS va boshq. (2017 yil avgust). "Yuqori tezlikdagi aniq maqsadli ketma-ket virusli kristallografiya". Tabiat usullari. 14 (8): 805–810. doi:10.1038 / nmeth.4335. PMC  5588887. PMID  28628129.
  12. ^ Oq TA, Kirian RA, Martin AV, Aquila A, Nass K, Barty A, Chapman HN (aprel 2012). "CrystFEL: suratga olish uchun ketma-ket kristallografiya uchun dasturiy ta'minot to'plami" (PDF). Amaliy kristalografiya jurnali. 45 (2): 335–41. doi:10.1107 / S0021889812002312.
  13. ^ Oq TA, Mariani V, Brehm V, Yefanov O, Barty A, Beyerlein KR, Chervinskii F, Galli L, Gati C, Nakane T, Tolstikova A, Yamashita K, Yoon CH, Diyerichs K, Chapman XN (aprel 2016). "CrystFEL-dagi so'nggi o'zgarishlar". Amaliy kristalografiya jurnali. 49 (Pt 2): 680-689. doi:10.1107 / S1600576716004751. PMC  4815879. PMID  27047311.

Tashqi havolalar