レーザーを用いた結晶核発生技術による有機・蛋白質結晶の創製

使用基于激光的晶体成核技术创建有机/蛋白质晶体

基本信息

批准号：
16656011
负责人：
佐々木孝友
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16656011/
关键词：
結晶育成レーザー有機非線形材料タンパク質

项目摘要

本研究では、高強度超短パルスレーザーを溶液に集光したときに生じる局所的な非線形現象を摂動として、有機非線形光学結晶4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium Tosylate(DAST)、および蛋白質の結晶核生成を制御し、高品質の単一結晶を得る技術の確立を目指した。有機非線形光学結晶DASTの育成において、ナノ秒YAGレーザーを用いた時の結晶析出確率は約10%と低かったが、フェムト秒チタンサファイアレーザーを用いた場合、結晶析出確率は約25%に向上した。さらに、DAST溶液を過飽和状態にして1時間静置した後にレーザー照射したところ、結晶析出確率は約60%であり、飛躍的に向上することが分かった。溶液状態(分子クラスターサイズ)とレーザー照射は密接に関連していることを実証した。一方、蛋白質の結晶化においては、ナノ秒レーザーの照射に対して効果が見られず、フェムト秒レーザーの照射が有効であることが分かった。数マイクロリットルの微量蛋白質溶液にレーザーを照射する必要があるため、顕微鏡下でレーザー照射できる光学系を構築した。本システムは、蛋白質の主な結晶化手法であるハンギングドロップ蒸気拡散法やシッティングドロップ蒸気拡散法に適応した。従来は結晶化に至らない低過飽和度の溶液において、フェムト秒レーザーの照射により結晶化を実現した場合、結晶の品質が向上した。特に、結晶化が困難である膜タンパク質AcrBトランスポーターはX線回折分解能が3.5Å(従来)が2.3Åとなり、大幅に結晶品質が向上した。

In this study, we aimed to establish a technology to obtain high-quality single crystals by controlling the nucleation of organic nonlinear optical crystals 4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium Tosylate (DAST) and protein crystal nucleation, using local nonlinear phenomena that occurs when a high-intensity ultrashort-pulse laser is collected into a solution as perturbed, and controlling the有机非线性光学晶体的晶体成核。在有机非线性光学晶体DAST的发展中，使用纳秒YAG激光器时晶体沉淀的可能性低约10％，但是当使用飞秒二钛sapphire激光时，晶体沉淀的可能性增加到约25％。此外，当将DAST溶液放在过饱和1小时中，然后用激光照射时，晶体沉淀的可能性约为60％，发现这得到了显着改善。我们证明了溶液状态（分子簇大小）和激光照射密切相关。另一方面，在蛋白质结晶中，没有观察到使用纳秒激光辐射的效果，发现使用飞秒激光器的辐射有效。由于有必要用激光照射一些痕量蛋白溶液的微量液，因此构建了能够在显微镜下辐照激光器的光学系统。该系统已适应了主要的蛋白质结晶方法，悬挂液蒸气扩散和坐式滴蒸气扩散方法。当通过低超饱和的溶液中使用飞秒激光辐射来实现结晶，但通常不会结晶时，晶体的质量得到提高。特别是，难以结晶的膜蛋白ACRB转运蛋白具有3.5Å（常规）至2.3Å的X射线衍射分辨率，从而显着提高了晶体质量。