XFELレーザーの結果に関する最初の記事が公開されました。 3つのタンパク質の構造を説明しています

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Отличия серверных жестких дисков от десктопных
ビデオ: XFELで超高速反応するタンパク質の構造変化 2023, 2月
XFELレーザーの結果に関する最初の記事が公開されました。 3つのタンパク質の構造を説明しています
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Anonim
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ナタマメの種子から分離されたタンパク質の研究された混合物の微結晶

ロシアの参加により建設されたハンブルクの超大国X線自由電子レーザーであるXFELで得られた結果に関する最初の科学記事を発表しました。約1メガヘルツの周波数のフェムト秒X線パルスを使用する生物物理学者は、タンパク質リゾチームとコンカナバリンAおよびBの3次元構造を決定しました。この周波数の高エネルギーパルスは、結晶学的研究に最初に使用され、将来的にはアプローチは新薬の開発に使用される予定である、と科学者はネイチャーコミュニケーションズに書いています…

欧州X線自由電子レーザー(XFEL)は、約1年前の2017年9月1日に稼働を開始しました。この施設は、長さ約3.4キロメートルで、ハンブルク近郊の地下トンネルのシステム内にあり、高強度のフェムト秒X線パルスを生成するように設計されています。レーザーの建設は2009年に始まり、11か国がプロジェクトに参加しましたが、ドイツとロシアが費用の大部分を負担し、それぞれ総費用の58%と27%を支払いました。最初のX線ビームは2017年春にXFELで受信されました。平均光度に関しては、このレーザーはシンクロトロンよりも約4桁優れており、最大光度では9桁優れています。放射強度が非常に高いため、非常に弱い結晶など、非常に弱く散乱するオブジェクトの研究に使用できます。

現在、科学者は最初の記事を発表しており、その結果はこのレーザーを使用して完全に得られています。 Max Planck Institute for MedicalResearchのIlmeSchlichtingが率いるドイツ、米国、フランス、オーストラリア、ハンガリーの生物物理学者のグループは、約50フェムト秒のX線パルスと1,128メガヘルツの周波数を使用してリゾチームの微結晶を研究しました。鶏の卵から得られる加水分解酵素のクラスからの酵素。超伝導前加速器を持たない従来のX線自由電子レーザーは、10〜120ヘルツの周波数のレーザーパルスしか生成できません。新しい設備では、10万倍の周波数を達成できるため、必要な量の結晶学的データをはるかに高速に収集し、結晶の動的特性を研究することができます。

科学者が解決しなければならなかった主な課題は、結晶の破壊を防ぐ必要性でした。これは、互いに続く高エネルギーパルスの相互作用によって可能になります。この周波数での2つの連続するパルス間の間隔は1マイクロ秒未満であるため、最初のパルスからの衝撃波は、2番目のパルスがサンプルに当たったときにサンプル内を伝播します。

レーザービームのパラメーターを正しく選択すれば、結晶の破壊を回避できることがわかった。例えば、直径約15マイクロメートルのビームを使用する場合、前のパルスからの衝撃波が照射領域を離れる時間があり、したがって、結晶構造の破壊を回避することができる。このアプローチの有効性は、最初のパルスの散乱中に得られたデータと、異なる直径のX線ビームを使用して達成できなかった後続のすべてのパルスからの測定結果との一致によって確認されました。実験で使用したX線ビームのエネルギーは7、47、9、22keVでした。

科学者たちは、リゾチーム結晶の技術を解明した後、ナタマメ(Canavalia ensiformis)の種子から分離されたタンパク質の混合物(ウレアーゼとコンカナバリンAおよびB)を分析しました。その結果、科学者は両方のタイプの3次元結晶構造を決定しました。コンカナバリン、そして最も正確には、マグネシウム含有コンカナバリンA、細胞または他のタンパク質の表面にある炭水化物の残基を選択的に結合することができるタンパク質。

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フェムト秒レーザーパルスを用いたX線回折データから得られたコンカナバリンAの三次元構造

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フェムト秒レーザーパルスを用いたX線回折データから得られたコンカナバリンBの三次元構造

科学者たちは、このようにして、前世代のX線レーザーよりもはるかに高速にさまざまな化合物の結晶構造に関する必要なデータを取得できる一方で、非常に小さいサイズの結晶を分析できることに注目しています。将来的には、そのような分析は新薬の開発に使用される可能性がある、と研究の著者は述べています。将来的には、科学者は結晶学的研究だけでなく、個々の分子のダイナミクスの研究や原子レベルでの化学反応の研究にもレーザーを使用することを計画しています。

X線レーザーは、結晶中の原子だけでなく、巨視的な物体の3次元画像を構築するために使用されます。これには、数キロメートルの加速器やシンクロトロンは必要ありませんが、1つの実験室に収まるコンパクトな設備が必要です。たとえば、これらのデバイスの1つを使用して、物理学者は小さな昆虫の体の3次元画像を取得しました。

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