کاربردهای زیست شناسی ساختاری تابش سینکروترون و لیزرهای الکترون آزاد بدون اشعه ایکس

اشعه ایکس نسل سوم اشعه سنکروترون (SR) تحقیقات زیست شناسی ساختاری را در دهه های گذشته با ظهور پرتوهای پرتو ایکس بدون درخشندگی بالا تغییر داده است. همراه با پیشرفت در پرتوهای میکرو فوکوس ، آشکارسازهای منطقه و نرم افزار تجزیه و تحلیل داده ها ، اکنون می توان ساختارهای پیچیده بزرگ را از بلورهای بسیار کوچک (میکرون در همه جهات) تعیین کرد ، که توسط ساختار کانال های پتاسیم ، گیرنده های جفت شده با پروتئین G (نمونه) نشان داده شده است.   GPCRs) ، ریبوزومها و کمپلکسهای RNA پلیمراز. تعداد سپرده گذاری در PDB (بانک اطلاعات پروتئینی) در حال حاضر بیش از 100000 است که اکثر آنها توسط اشعه ایکس تعیین شده است. تقریباً همه کتاب های درسی زیست شناسی ، بیوشیمی و زیست شناسی مولکولی دارای ساختار پروتئینی برای توضیح عملکرد آنها در سلول هستند. در حال حاضر ، لیزرهای الکترونی بدون اشعه ایکس (XFEL) وعده می دهند که فرصت های جدیدی را در تحقیقات زیست شناسی ساختاری ارائه می دهند. آنها پرتوهای اشعه ایکس با خواص فوق العاده ای تولید می کنند: 9 تا 10 مرتبه درخشندگی قله بالاتر و 1000 برابر طول نبض کوتاهتر ، در مقایسه با پرتوهای تابش سنکروترون موجود در سراسر جهان. الگوهای پراش را می توان از ریز و نانو بلورها قبل از شروع آسیب اشعه برای از بین بردن نمونه ها ثبت کرد. با استفاده از این مفهوم "پراش-قبل از تخریب" ، حوزه جدیدی از زیست شناسی XFEL بوجود آمده است ، که در آن سوالات مهم بیولوژیکی فراتر از آنچه ممکن است با استفاده از SR سنتی مورد بررسی قرار گیرد. پالس های فوق کوتاه XFEL امکان پراکندگی اشعه ایکس با نوسانات منجمد در زمان را با امکان گسترش پراکندگی محلول ایزوتروپیک فراهم می کند. حالت های جدیدی از پالس های XFEL مانند دو پالس/دو رنگ در حال توسعه برای آزمایش پمپ پروب فمتو ثانیه و مرحله بندی است. علاوه بر این ، روشهای ترکیبی به طور فزاینده ای برای به چالش کشیدن س biologicalالات بیولوژیکی مورد استفاده قرار می گیرند ، که در آنها روشهای SR و XFEL با روشهای دیگر مانند میکروسکوپ کرایو الکترون ، NMR ، DEER و میکروسکوپهای نیروی نوری و اتمی ترکیب می شوند. روی هم رفته ، SR و XFEL مجموعه ای از ابزارهای بیولوژیکی ساختاری را ارائه می دهند که همچنان به پیشرفت تحقیقات بیولوژیکی ساختاری ماشین آلات مولکولی پیچیده کمک می کند.