タンパク質と水和水のピコ秒ナノ秒ダイナミクスを研究するための高分解能中性子分光法

中性子後方散乱は、放射線による損傷なしに、タンパク質と水和水のグローバルな拡散と内部ダイナミクスを測定します。中性子分光法は、分子レベルで空間相関と時間相関に同時にアクセスします。ソフトマターや生体材料では、これらの長距離障害システムの局所秩序に関する間接的な情報を得ることは特に興味深い。

したがって、中性子後方散乱は、生物学、化学、または物質感覚のダイナミクスを研究するために使用できます。もう一つの得意分野はエネルギーで、例えば電池や燃料電池に関する研究があります。中性子後方散乱は、アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患に関与するタンパク質の分子動力学の研究に成功しています。

得られた結果は、これらの病状の分子的特徴をよりよく理解するのに役立ち、より良い診断を開発する道を開く可能性があります。サンプルホルダーを準備するには、平らなアルミニウムサンプルホルダーとそのインジウムワイヤーシールとネジを水で完全に洗浄し、次にエタノールで洗浄してから乾燥させます。底面、蓋、インジウム線など、サンプルホルダーのさまざまな部分を精密天秤で別々に計量します。

1ミリメートルのインジウムワイヤーシールをサンプルホルダーの底部の溝に配置し、両端が結合する場所に小さな重なりを残します。約100ミリグラムの凍結乾燥タンパク質を、サンプルホルダーの底部の内面を満たすように添加します。次に、サンプルホルダーを五酸化リン粉末を含むペトリ皿を備えたデシケーターに24時間置き、タンパク質粉末を完全に乾燥させます。

インジウムシールと乾燥粉末とを入れた試料ホルダーの乾燥底部を秤量し、乾燥試料の質量を求める。デシケーターから五酸化リンを取り出し、粉末を水和するために、酸化重水素とサンプルが入ったペトリ皿を中に入れます。乾燥と水和を3回繰り返して、水素から重水素への完全な交換を行います。

粉末の質量を定期的に測定して水和レベルを確認し、水和が目的のレベルをわずかに上回ったら、質量がゆっくりと減少するのを待ちます。希望の水和が得られたら、底部にすばやく蓋をし、最初に4本のネジでサンプルホルダーを閉じて蒸気交換を停止します。底部と蓋の間に隙間が見えなくなるまで、残りのネジをすべて配置して締めます。

密閉されたサンプルホルダーの重量を量って、中性子実験後の漏れによる潜在的な水和損失がないか確認します。液体状態サンプルを調製するには、タンパク質を重水素化バッファーに溶解します。水を使用して、サンプルホルダーに入れる液体の適切な量を決定します。

材料を取り扱う前に、電離放射線量が毎時100マイクロシーベルト未満であることを確認してください。次に、サンプルスティックを完全に乾かし、以前のサンプルをすべて取り除きます。サンプルスティックにサンプルを置き、ビームの中心に対して適切なセンタリングがあることを確認し、サンプルスティックをクライオ炉に挿入します。

Nomadでデータを取得するには、実行タブに移動し、炉のクライオスタットコントローラーをランチパッドにドラッグアンドドロップします。温度を200ケルビンに設定します。高速モードと30分のタイムアウトを使用して、温度が安定する時間を確保します。

リフレッシャーアイコンをクリックして、温度低下中のデータ収集のためにバックグラウンドで温度ランプを実行します。IN16ドップラー設定コントローラーをランチパッドにドラッグアンドドロップします。速度プロファイルを正確な速度に設定し、設定値を最大デルタEに設定し、エネルギーオフセットを0.00マイクロ電子ボルトに設定し、チャネル数を128に設定して、弾性固定ウィンドウスキャン構成を取得します。

カウントコントローラーをランチパッドにドラッグアンドドロップし、字幕フィールドにデータを簡単に識別できる名前を入力し、60回の繰り返しで30秒のスキャンを設定します。次に、IN16ドップラー設定コントローラーをランチパッドにドラッグアンドドロップします。速度プロファイルを符号に設定し、設定速度を毎秒4.5メートルの値で設定し、チャネル数を2048に設定して、準弾性中性子散乱構成を取得します。

カウントコントローラーをドラッグアンドドロップし、データを簡単に識別できる名前を字幕フィールドに入力します。4回の繰り返しで30分のスキャンを設定します。温度ランプの場合は、炉のクライオスタットコントローラーをドラッグアンドドロップし、温度を310ケルビンに設定し、ランプをデルタ0.05ケルビンの設定値に設定値に6秒間設定します。

200 分のタイムアウトを使用します。for ループを 65 回繰り返します。内部に、IN16ドップラー設定コントローラーを挿入し、続いてカウントコントローラーを挿入し、30秒のシングルスキャンを設定します。

続いて、前述のようにIN16ドップラー設定を挿入しますが、1.5マイクロ電子ボルトと1024チャンネルのエネルギーオフセットを使用します。次に、カウントコントローラーを挿入し、1回のスキャンを3分に設定します。312ケルビンの最後の準弾性中性子散乱を取得するには、前述のように構成されたIN16ドップラー設定とカウントコントローラーをドラッグアンドドロップします。

次に、スタートボタンを押してスクリプトを実行します。リソソーム弾性および非弾性固定ウィンドウスキャンは、低運動量移動および低エネルギー移動でシグナルの増加を示し、高エネルギー移動および低運動量移動でのシグナルは減少した。最初の質量拡散係数の中心はナノ秒あたり15オングストロームの2乗であり、その後、時間の経過とともに指数関数的に減少しました。

220ケルビンを超える温度では、タウ繊維の周りの水和水は、タウモノマーの周りよりも有意に可動性がありました。並進運動を受ける水分子の割合と水分子の並進拡散係数と回転拡散係数の両方が繊維周辺で増加した。タンパク質濃度は、中性子束またはサンプルホルダーバッファーバックグラウンドからの中性子後方散乱の制限により、タンパク質化タンパク質の場合は2000ミリグラム/ml、またはタンパク質化タンパク質の場合は少なくとも20ミリグラム/mlである必要があります。

中性子後方散乱は、例えば、自然の環境タンパク質である水を、例えば薬物送達のようなバイオ技術応用のための合成ポリマーによって完全に置き換える方法を理解するために最近適用されている。