自由电子激光在生物学中的应用

同步辐射的发展和应用已经极大的推动了自然科学包括生物学的巨大发展,其中结构生物学更是离不开X射线衍射分析,小角散射等。X射线自由电子激光(XFEL)相比同步辐射具有更高强度,完全相干等特点,被称为第四代光源。科学家已经利用XFEL实现了尺度约为1微米的蛋白质晶体的高分辨率结构解析,并且也实现了单颗粒的病毒的低分辨重构。未来,XFEL将会为生物学的发展打开一扇新的大门。     

同步辐射X-ray光源在生物学研究中的应用与进展

20世纪七十年代以来,同步辐射装置经历了三个迅速发展阶段,现在,第四代X-ray自由电子激光线站已经建成。同步辐射光源已经成为生命科学、医学、化学、物理学、材料科学等学科领域最先进的实验设施,具有广泛而重要的应用前景。本文概述了同步辐射X-ray光源的特性,介绍了同步辐射X-ray光源在生物学研究中新的应用和进展。     

声光可调谐滤波器的细胞生物学研究应用

波长选择在荧光光谱仪和显微镜等光学应用中发挥了至关重要的作用。声光可调谐滤波器(AOTF)作为一种电光器件可实现多光源入射波长、功率的同时调制。在声光可调谐滤波器中,压电换能器结合于二氧化碲或石英晶体产生高频声波,改变晶体折射率形成周期性分布。该现象在晶体中生成衍射光栅,使以布拉格角正交入射的光束被高效衍射至一阶光束。当改变施加到晶体的信号频率时将改变折射率变化周期,因此,衍射光的波长随之改变。同时,衍射光强度由施加到晶体的信号振幅决定。本文从声光可调谐滤波器原理和特点出发,总结了声光可调谐滤波器在细胞生物学研究系统中的应用模型。得益于作用时间短、波长分辨率高、无振动部件等特性,声光可调谐滤波器提升了多波长光源功率调制能力,使细胞计数系统具备了细胞高光谱成像能力。所以不仅限于传统细胞生物学研究,包含声光可调谐滤波器件的系统还将在多参数高内涵成像分析、扫描荧光显微术、药物毒理研究等领域成为有力的研究工具。     

X射线衍射晶体法解析脱卤酶DehDIV-R结构的研究

R-2-卤代酸脱卤酶能立体选择性水解R-2-卤代酸。解析酶的单晶结构对提高酶的选择性和活性提供了直接的结构指导,是目前酶结构领域研究的前沿。以实验室前期得到的来自假单胞菌ZJU26的R-2-氯丙酸脱卤酶(Deh DIV-R)为研究对象,采用X射线衍射晶体法进行结构解析。采用pp SUMO载体融合表达Deh DIV-R蛋白,依次通过Ni-NTA亲和层析、透析酶切、二次NiNTA亲和层析以及凝胶过滤层析纯化得到单一条带,且均一性好的蛋白。接着对结晶条件进行初筛与优化,得到的最佳结晶条件为0.1mol/L HEPES p H 7,12%PEG 6 000,0.2mol/L Mg Cl2,8mmol/L CHAPS。晶体在上海同步辐射光源BL18U1线站上收集衍射数据,采用分子置换法成功解析获得了分辨率为2.35的Deh DIV-R的晶体结构。Ramachandran图表明98.02%的氨基酸位于最适区,证明了该结构的合理性。Deh DIV-R的纯化、结晶以及结构解析为进一步深入了解其结构和功能奠定了基础。     

麦芽四糖淀粉酶晶体的分子堆积学研究

用悬滴汽相扩散法生长了从产碱菌中分离纯化得到的麦芽四糖淀粉酶的晶体,并在Ｍａｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ面探讨器收集了一套２．７埃分辨率的衍射强度数据。用分子置换法解得了该种晶体的结构。在此基础上,分析和比较了两种不同麦芽四糖淀粉酶晶体中的分子堆积和作用,对影响蛋白质体分子堆积的一些因素进行了讨论。     

同步辐射圆二色谱及其在糖生物学及生物分子中的应用

同步辐射圆二色谱与普通圆二色谱相比,特点在于向真空紫外波段（〈200nm）拓展,以及同步辐射所提供的高强度紫外和真空紫外光源。糖的圆二色谱结构主要在200nm以下。蛋白质和核酸在200nm以下的真空紫外范围,也具有丰富的光谱结构。因此向真空紫外拓展,伴随新的电子跃迁,对应新的光谱结构,包含更丰富的结构信息,确定的结构种类就越多和越精确。同步辐射高强度的真空紫外光源,是获得高质量真空紫外圆二色谱数据的保证,为糖及糖蛋白、蛋白质和核酸研究提供了溶液中结构探测新的实验方法。综述同步辐射圆二色谱特点及其在结构生物学中的应用,以及新发展的蛋白质圆二色谱数据库（PCDDB）。介绍已对外开放的北京同步辐射实验室同步辐射圆二色谱探测,及其在蛋白质、糖和核酸研究中的应用,以及基于微流控混合芯片的亚毫秒动态探测发展。     

同步辐射在D-甘油醛-3-磷酸脱氢酶及其系列衍生物高分辨率衍射数据收集中的应用

用气相扩散法培养出 P.Versicolor龙虾肌HOLO-D-甘油醛-3-磷酸脱氢酶(HOLO一GAPDH)、149位巯基羧甲基化的衍生物(CM—GAPDH)和紫外光激发生成的新NAD荧光衍生物(IRR—GAPDH)的晶体.用同步辐射强x光光源一磷光贮屏一Weissenberg照相机系统,选择a+b或a-b晶轴为旋转轴;收集了酶及其衍生物1.8A分辨率的三套衍射数据;用WEIS程序进行了数据处理.三套数据的Rmerge分别为4.93%、6.22%和5.77%.用CAD程序对三套数据进行了比较分析.     

同步辐射在D-甘油醛-3-磷酸脱氢酶及其系列衍生物高分辨率衍射数据收集中的应用

用气相扩散法培养出 P.Versicolor龙虾肌HOLO-D-甘油醛-3-磷酸脱氢酶(HOLO一GAPDH)、149位巯基羧甲基化的衍生物(CM—GAPDH)和紫外光激发生成的新NAD荧光衍生物(IRR—GAPDH)的晶体.用同步辐射强x光光源一磷光贮屏一Weissenberg照相机系统,选择a+b或a-b晶轴为旋转轴;收集了酶及其衍生物1.8A分辨率的三套衍射数据;用WEIS程序进行了数据处理.三套数据的Rmerge分别为4.93%、6.22%和5.77%.用CAD程序对三套数据进行了比较分析.     

福氏志贺菌硫氧还过氧化物酶的晶体生长和初步晶体学研究

过氧化物酶是一类广泛存在于生物体内的抗氧化剂,清除有氧代谢过程中产生的活性氧,对于保护机体内的生物大分子有重要的生物学功能。福氏志贺菌硫氧还过氧化物酶(SF2523)作为过氧化物酶家族的一员,通过清除福氏志贺菌体内的活性氧,在维持其活性和致病性上起重要作用。目前,SF2523的三维结构还没有得到解析,其具体的功能机制也尚不清楚。为了得到SF2523蛋白的三维结构,进而了解具体的功能机制,实验获得均一稳定的可溶蛋白,验证具有体外活性,培养出可用于X射线衍射的蛋白质晶体。在中国科学院高能物理研究所同步辐射收到晶体的衍射数据供结构解析使用。SF2523晶体的属于空间群P2₁2₁2₁,晶胞参数为a = 35.80 ?, b = 50.63 ?, c = 88.52 ?, α = β = γ = 90.00°,每个晶体学不对称单位含有1个蛋白质分子,马修斯系数为2.03 ?₃ /u,溶剂含量为39.56%。     

小角X射线散射实验中蛋白质溶液的辐照损伤及防护方法

随着同步辐射光源（尤其是目前快速发展的第四代同步辐射光源）技术的进步,可用于实验的辐射通量越来越高,实验样品（特别是蛋白质等生物大分子样品）受到的辐照损伤也越来越严重。在全球现有的同步辐射装置上,蛋白质等生物大分子溶液专用小角X射线散射（SAXS）实验站的光子通量基本上都在1013cps量级。在如此高的通量下,蛋白质等生物大分子溶液样品在实验测量中受到的辐照损伤极其严重。如果没有有效的辐照防护措施,蛋白质溶液样品在毫秒级辐照时间内便会辐照损伤,导致不能获取有效的实验数据。辐照损伤严重制约了SAXS实验技术在蛋白质溶液样品方面的应用。因而,认识蛋白质溶液样品辐照损伤的产生机理、影响因素、判断标准,以及有效降低辐照损伤程度、延缓辐照损伤产生时间的方法,对于蛋白质等生物大分子溶液的散射实验具有重要的指导意义。本文在简要概述生物大分子溶液样品辐照损伤产生机理、影响因素、辐照剂量等基本概念的基础上,重点综述了同步辐射SAXS实验中辐照损伤的判断标准和防护措施。此外,本文还对比了各种防护措施的优缺点,讨论了在建HEPS新光源中SAXS束线可用的散射数据采集时间,指出辐照损伤防护剂是有价值的研究方向...