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JP3439571B2 - Sample mount for X-ray analysis - Google Patents
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JP3439571B2 - Sample mount for X-ray analysis - Google Patents

Sample mount for X-ray analysis

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JP3439571B2
JP3439571B2 JP14645095A JP14645095A JP3439571B2 JP 3439571 B2 JP3439571 B2 JP 3439571B2 JP 14645095 A JP14645095 A JP 14645095A JP 14645095 A JP14645095 A JP 14645095A JP 3439571 B2 JP3439571 B2 JP 3439571B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、X線分析用試料マウン
ト具に関し、特に液体窒素温度程度の低温下において生
体高分子結晶の結晶学的構造解析を行うのに好適なX線
分析用試料マウント具に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sample mount for X-ray analysis, and particularly to a sample for X-ray analysis suitable for performing crystallographic structure analysis of biopolymer crystals at a low temperature of about liquid nitrogen temperature. Regarding mounts.

【0002】[0002]

【従来の技術】蛋白質X線結晶構造解析法は、生体内で
生命維持の化学反応を担う蛋白質分子の立体構造、構築
原理、反応機構解明に様々な貢献をし、またその重要性
は今後ますます増大して行くものと考えられる。しか
し、蛋白質結晶のX線回折実験を行うものにとって常に
煩わしい問題として、蛋白質結晶の放射線損傷による結
晶性劣化がある。蛋白質結晶の放射線損傷メカニズムの
詳細は十分に解明されているわけではないが、その放射
線損傷の程度は、蛋白質結晶に照射される全X線量や単
位時間当たりの照射量と強い相関を示すことが知られて
いる。蛋白質結晶に吸収されたX線は、ラジカルの生成
エネルギーや熱に転換され、それらが結晶内の蛋白質分
子間相互作用を消失させ、結果として、結晶性劣化や溶
解をもたらすものと考えられている。例えば、12ke
VのエネルギーをもつX線が1010個/秒の割合で0.
19mm-1の線吸収係数を有した結晶に入射する場合、
吸収されたX線が全て熱に転換されたとすると、結晶の
温度上昇は約1mK/秒と見積もられる。
2. Description of the Related Art Protein X-ray crystal structure analysis methods contribute variously to the elucidation of the three-dimensional structure, construction principle and reaction mechanism of protein molecules that are responsible for life-sustaining chemical reactions in vivo, and their importance will continue in the future. It is expected to increase more and more. However, a problem that is always troublesome for X-ray diffraction experiments of protein crystals is deterioration of crystallinity due to radiation damage of protein crystals. The details of the radiation damage mechanism of protein crystals have not been fully clarified, but the degree of radiation damage may have a strong correlation with the total X-ray dose to the protein crystals and the dose per unit time. Are known. It is considered that the X-rays absorbed in the protein crystal are converted into radical generation energy and heat, which eliminate the protein-protein interaction in the crystal, resulting in deterioration of crystallinity and dissolution. . For example, 12ke
0 at a rate of X-ray is 10 10 / sec with the energy of the V.
When incident on a crystal with a linear absorption coefficient of 19 mm -1 ,
If all the absorbed X-rays are converted into heat, the temperature rise of the crystal is estimated to be about 1 mK / sec.

【0003】放射線損傷を抑制する方法としては、蛋白
質結晶が吸収を起こしにくい短い波長のX線(0.03
nm程度)を使用する方法、あるいは低温下で回折実験
を行い、発生する熱を迅速に除去するとともにラジカル
発生を抑制する方法の2つの方法が考えられる。前者は
大型放射光実験施設の利用が前提であるため、実験室レ
ベルでの測定を考えるならば、低温下での回折実験が望
まれ、実際に試みられてきた。
As a method for suppressing radiation damage, X-rays of short wavelength (0.03), which are unlikely to cause protein crystals to absorb, are used.
There are two conceivable methods: a method in which the generated heat is rapidly removed and a radical is suppressed by conducting a diffraction experiment at a low temperature. Since the former requires the use of a large-scale synchrotron radiation experimental facility, considering the measurement at the laboratory level, a diffraction experiment at a low temperature is desired and has been actually attempted.

【0004】低温下で回折実験を行おうとする場合の最
大の難点は、蛋白質結晶に多量に含まれている水が六方
晶の氷として析出することである。氷の析出は蛋白質結
晶を内部から破壊する。冷却過程での氷析出防止には、
蛋白質結晶の結晶母液を抗凍結剤を含むものに置換し、
さらにその冷却にあたっては、蛋白質結晶を直接寒剤に
曝して迅速かつ効率的な冷却を行うことが不可欠であ
る。このような要求を考えた場合、従来から蛋白質X線
結晶構造解析実験において伝統的に用いられてきたキャ
ピラリーチューブは、その中にマウントされた蛋白質を
直接寒剤に曝すことができないため、低温下でX線回折
実験を行う際の結晶マウント具としては不向きである。
The biggest difficulty in conducting a diffraction experiment at low temperature is that the water contained in a large amount in protein crystals precipitates as hexagonal ice. Ice precipitation destroys protein crystals from the inside. To prevent ice precipitation in the cooling process,
Replace the crystal mother liquor of the protein crystals with one containing an antifreeze agent,
Further, in the cooling, it is indispensable to expose the protein crystals directly to the cryogen for rapid and efficient cooling. In consideration of such requirements, the capillary tube that has been traditionally used in the conventional protein X-ray crystal structure analysis experiment cannot expose the protein mounted therein to the cryogen directly, and therefore, at low temperature. It is unsuitable as a crystal mount tool when conducting an X-ray diffraction experiment.

【0005】蛋白質結晶を急速冷却するのに適したマウ
ント具として、図2(a)に示すような薄板石英板を用
いたマウント具が知られている〔Acta Cryst. B45, 190
-199(1989)〕。このマウント具は、石英ロッド21の先
端に厚さ約100μm、表面積約500×500μm2
の薄板石英板22を接着剤23で固定して組み立てられ
たものであり、結晶母液中の蛋白質結晶を薄板石英板2
2の表面に付着させてマウントする。また、図2(b)
に示すように、直径約80μmの白金、タングステン、
コンスタンタン等からなる極細金属ワイヤ25をループ
状に湾曲させて石英ロッド24の先端に接着剤26で固
定したマウント具も知られている〔J. Appl. Cryst. 2
3, 387-391(1990)〕。このマウント具は、結晶母液の表
面張力を利用して結晶を極細金属ワイヤ25の部分にマ
ウントするものである。図2に示したマウント具はいず
れも、ロッド21,24の下端をX線回折装置中のゴニ
オメータに固定して使用される。
Mau suitable for rapid cooling of protein crystals
A thin quartz plate as shown in Fig. 2 (a) is used as the component.
There are known mounts that were used (Acta Cryst.B45, 190
-199 (1989)]. This mount is the tip of the quartz rod 21.
Thickness of about 100μm at the end, surface area of about 500 × 500μm2
Assembled by fixing the thin quartz plate 22 of
The protein crystal in the crystal mother liquor is a thin quartz plate 2
Mount on the surface of No. 2. In addition, FIG.
As shown in, platinum, tungsten with a diameter of about 80 μm,
Loop the ultrafine metal wire 25 made of constantan etc.
And bend it into a solid shape and fix it to the tip of the quartz rod 24 with an adhesive 26.
A fixed mount is also known [J. Appl. Cryst.2
3, 387-391 (1990)]. This mount is designed to
Using surface tension, the crystal is attached to the ultrafine metal wire 25.
It is something to be undone. The mounting tool shown in Figure 2
Also, the lower ends of the rods 21 and 24 are the same as those in the X-ray diffractometer.
It is used by fixing it to the ometer.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記薄板石
英板を用いたマウント具は、薄板石英板22の表面のわ
ずかな凹凸が蛋白質結晶に力学的微小変形を引き起こ
し、得られるX線回折データの信頼性を損なわせる可能
性がある。また、結晶母液中の結晶をすくって薄板石英
板上に載せる操作と、そののち結晶母液を除去する操作
が必要であり、取り扱いの点で迅速性に欠ける欠点があ
る。
By the way, in the mount using the thin quartz plate, slight irregularities on the surface of the thin quartz plate 22 cause mechanical microdeformation in the protein crystal, and the obtained X-ray diffraction data is obtained. May impair reliability. Further, the operation of scooping the crystal in the crystal mother liquor and placing it on a thin quartz plate and the subsequent operation of removing the crystal mother liquor are required, and there is a drawback that the handling is not quick.

【0007】極細金属ワイヤを用いたマウント具におい
ても、図3の断面模式図に示すように、ワイヤ25と蛋
白質結晶27の隙間に存在する結晶母液28の表面張力
によって結晶27に矢印で示すような力が作用し、結晶
格子が歪んで正しい回折データが得られない場合があ
る。また、更に大きな問題は、金属ワイヤを用いるため
に、いわゆるブラインド領域が生じ、X線が金属ワイヤ
でできたループにあたった場合、それから発生する強度
の強い回折散乱パターンが検出器に入り込み、そのよう
な配置に存在する逆空間領域の強度測定が事実上できな
くなることである。また、ループワイヤの断面が円であ
るため蛋白質結晶が十分に強固な場合であっても結晶の
軸立てが困難であるという問題がある。
Even in a mounting tool using an ultrafine metal wire, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 3, as indicated by an arrow on the crystal 27 due to the surface tension of the crystal mother liquor 28 existing in the gap between the wire 25 and the protein crystal 27. There is a case that the correct diffraction data cannot be obtained because the crystal lattice is distorted due to a strong force. Further, a more serious problem is that since a metal wire is used, a so-called blind region is generated, and when the X-ray hits a loop made of the metal wire, a strong diffraction scattering pattern generated from the X-ray enters the detector, It is virtually impossible to measure the intensity of the reciprocal space region existing in such an arrangement. Further, since the loop wire has a circular cross section, there is a problem that it is difficult to set the crystal even if the protein crystal is sufficiently strong.

【0008】本発明は、前記従来技術の問題点を解消し
た低温X線回折用の新しい結晶マウント具を提供するこ
とを目的とする。
An object of the present invention is to provide a new crystal mount for low temperature X-ray diffraction which solves the problems of the prior art.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】蛋白質結晶等を低温X線
構造解析するのに使用される試料マウント具は、(1)
高い試料冷却効率が得られること、(2)マウントした
試料結晶に力学的なダメージを与えないこと、(3)簡
便な操作で試料をマウントできること、(4)マウント
具自体から強い回折線を生じないこと、(5)結晶の軸
立てが可能なこと、(6)熱膨張率が小さく急速冷却で
破壊されないこと、(7)X線透過が可能であること等
の条件を満たすことが望まれる。
[Means for Solving the Problems] The sample mounting tool used for low-temperature X-ray structural analysis of protein crystals and the like is (1)
High sample cooling efficiency, (2) No mechanical damage to the mounted sample crystal, (3) sample can be mounted by simple operation, (4) strong diffraction line from the mounting tool itself It is desired that the following conditions are satisfied: (5) the crystal can be oriented, (6) the coefficient of thermal expansion is small, and it is not destroyed by rapid cooling, and (7) X-ray transmission is possible. .

【0010】前記条件を満足するため、本発明によるX
線分析用試料マウント具は、非晶質材料からなるロッド
の先端に非晶質材料からなる筒状部材を該筒状部材の軸
が前記ロッドの軸と略直交するように固定したことを特
徴とする。ロッドや筒状部材は溶融石英製あるいはソー
ダガラス製とすることができる。筒状部材は、例えば溶
融石英製のキャピラリーチューブを輪切りにすることに
よって作製することができる。また、筒状部材は、その
軸に垂直な断面が円形である円筒体であってもよいし、
その軸に垂直な断面が三角形や四角形である他の形状の
筒状体であってもよい。
In order to satisfy the above condition, X according to the present invention
The sample mount for line analysis is characterized in that a cylindrical member made of an amorphous material is fixed to the tip of a rod made of an amorphous material such that the axis of the cylindrical member is substantially orthogonal to the axis of the rod. And The rod and the tubular member can be made of fused quartz or soda glass. The tubular member can be produced by, for example, cutting a fused silica capillary tube into slices. Further, the tubular member may be a cylindrical body having a circular cross section perpendicular to its axis,
It may be a tubular body having another shape whose cross section perpendicular to the axis is a triangle or a quadrangle.

【0011】[0011]

【作用】蛋白質結晶等の試料をマウントする部分は筒状
であって試料が露出するため、寒剤を試料に直接接触さ
せて急速冷凍することができる。試料は筒状部材の比較
的広い平坦な壁面に付着するため、結晶を歪ませずにマ
ウントすることができる。試料は、マウント具の先端を
試料液に浸けて結晶母液中の結晶試料をすくい取るとい
う簡便な操作で筒状部材壁面に軸立てしてマウントする
ことができ、そののち液を除去する等の特別な操作を必
要としない。すなわち筒状部材の内部空間に結晶母液中
の結晶試料をすくい上げるため、結晶の結晶面が筒状部
材に対して結晶母液の表面張力が作る面と一致し易く、
すくい上げ操作を何回か試行することによって結晶軸を
所定の方向に合わせたマウントが容易に可能である。例
えば、蛋白質結晶に多く見られる両錐形の結晶の場合に
は図8(a)に示すように2つの頂点を筒状部材内に位
置させた状態でマウントされ易く、直方体形の結晶の場
合は図8(b)に示すように結晶面の一つを筒状部材の
壁面に密着させた状態でマウントされ易い。
[Function] Since the portion for mounting a sample such as a protein crystal is cylindrical and the sample is exposed, the cryogen can be brought into direct contact with the sample for quick freezing. Since the sample adheres to the relatively wide and flat wall surface of the tubular member, the crystal can be mounted without distortion. The sample can be mounted by pivoting it on the wall surface of the cylindrical member by a simple operation of dipping the tip of the mounting tool in the sample solution and scooping out the crystal sample in the crystal mother liquor, and then removing the solution. No special operation required. That is, because the crystal sample in the crystal mother liquor is scooped into the internal space of the tubular member, the crystal plane of the crystal easily coincides with the surface created by the surface tension of the crystal mother liquor with respect to the tubular member,
By trying the scooping operation several times, it is possible to easily mount the crystal axis in a predetermined direction. For example, in the case of a bipyramidal crystal that is often found in protein crystals, as shown in FIG. 8 (a), it is easy to mount with two vertices positioned in a tubular member, and in the case of a rectangular parallelepiped crystal Is easily mounted with one of the crystal faces in close contact with the wall surface of the tubular member as shown in FIG.

【0012】試料をマウントする筒状部材は溶融石英や
ソーダガラス等の非晶質材料でできているため、マウン
ト具自体から強い回折線が生じることはない。また、溶
融石英やソーダガラスは、寒剤に接触させて急速冷却し
ても破壊することはなく、十分なX線透過率を有する。
下記の表1は、本発明による試料マウント具と従来の薄
板石英板あるいは極細金属細線を用いた試料マウント具
の性能を比較して示したものである。 表 1 試料マウント具 本発明 薄板石英板 極細金属ワイヤ ──────────────────────────────────── 素材 溶融石英 溶融石英 金属細線 冷却効率 良 良 良 結晶への力学的負荷 無 有 有 ブラインド 無 無 有 軸立て 可 可 不可 このように、本発明によるX線分析用試料マウント具
は、蛋白質結晶等の試料を低温X線構造解析するのに必
要とされる条件を全て満足しており、この試料マウント
具を用いることにより信頼性の高いX線回折データを簡
便に得ることが可能である。
Since the cylindrical member for mounting the sample is made of an amorphous material such as fused quartz or soda glass, strong diffracted rays are not generated from the mounting tool itself. Further, fused quartz and soda glass do not break even if they are brought into contact with a cryogen and rapidly cooled, and have sufficient X-ray transmittance.
Table 1 below shows a comparison between the performance of the sample mount according to the present invention and the performance of the sample mount using the conventional thin quartz plate or the ultrafine metal wire. Table 1 Sample mounting tool The present invention Thin quartz plate Ultrafine metal wire ───────────────────────────────────── Material Fused quartz Fused quartz Metal thin wire Cooling efficiency Good Good Good Mechanical load on crystal No Yes Yes Blind No No Yes Vertical axis Yes Yes No In this way, the sample mount for X-ray analysis according to the present invention is used for samples such as protein crystals. All the conditions required for low-temperature X-ray structural analysis are satisfied, and by using this sample mount, highly reliable X-ray diffraction data can be easily obtained.

【0013】また、本発明によるX線分析用試料マウン
ト具を用いた蛋白質X線結晶構造解析によると、低温下
で蛋白質の反応中間状態の構造解析を行うことができ、
蛋白質自身の熱振動とそれをとりまく水分子のダイナミ
クスが蛋白質の機能とどのような相関を持つかといった
問題の解明にも貢献できる。
Further, according to the protein X-ray crystal structure analysis using the sample mount for X-ray analysis according to the present invention, it is possible to carry out the structure analysis of the intermediate reaction state of the protein at a low temperature,
It can also contribute to the elucidation of problems such as how the thermal vibration of the protein itself and the dynamics of water molecules surrounding it correlate with the function of the protein.

【0014】[0014]

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。まず、試料マウント具の製造方法について説明す
る。図1(a)に断面を示すように、合成樹脂板11の
表面に溝12を形成し、その溝に外径200〜1000
μm、肉厚10μmの溶融石英製キャピラリー管13を
挿入し固定した。その後、図1(b)に示すように、半
導体部品の製造分野でウエハからチップを切り出すのに
用いられているのと同様の切断歯15を送りスピード
0.5mm/secで送って合成樹脂板11表面に切り
込みを入れ、キャピラリー管13を複数箇所で切断し
た。こうして、図4に示すように、外径約700μm、
高さ100〜200μm、肉厚約10μmの溶融石英製
円筒部材30を作製した。
The present invention will be described in detail below with reference to examples. First, a method of manufacturing the sample mount tool will be described. As shown in the cross section in FIG. 1A, a groove 12 is formed on the surface of a synthetic resin plate 11, and the groove has an outer diameter of 200 to 1000.
A fused silica capillary tube 13 having a thickness of 10 μm and a thickness of 10 μm was inserted and fixed. After that, as shown in FIG. 1B, a cutting tooth 15 similar to that used for cutting a chip from a wafer in the field of manufacturing semiconductor parts is fed at a feed speed of 0.5 mm / sec to a synthetic resin plate. A cut was made on the surface of 11 and the capillary tube 13 was cut at a plurality of points. Thus, as shown in FIG. 4, the outer diameter is about 700 μm,
A fused silica cylindrical member 30 having a height of 100 to 200 μm and a wall thickness of about 10 μm was produced.

【0015】図5に示すように、作製した円筒部材30
は、ガラスファイバー31の先端にエポキシ樹脂32を
用いて接着した。このエポキシ樹脂は、液体エタンを用
いた急速凍結においてもその接着性能を保持しており、
円筒部材30自体も1m/secのスピードで液体エタ
ンに浸漬しても、その衝撃と温度変化によって破壊され
ることはなかった。ガラスファイバー31の長さは、円
筒部材30の位置を照射X線が通過するようにX線回折
装置の試料マウント部の寸法に合わせて適当に決められ
る。このようにして作製したマウント具40は、さらに
真鍮等の金属製のピン34に接着して使用する。金属製
のピン34は、低温窒素ガスによる急速冷却において位
置決めが容易なように、直径5mm、厚さ2mmのサマ
リウムコバルト磁石35に接着してある。
As shown in FIG. 5, the produced cylindrical member 30.
Was adhered to the tip of the glass fiber 31 using epoxy resin 32. This epoxy resin retains its adhesive performance even in rapid freezing with liquid ethane,
Even when the cylindrical member 30 itself was immersed in liquid ethane at a speed of 1 m / sec, it was not destroyed by the impact and temperature change. The length of the glass fiber 31 is appropriately determined according to the size of the sample mount portion of the X-ray diffraction apparatus so that the irradiation X-rays pass through the position of the cylindrical member 30. The mounting tool 40 manufactured in this manner is further adhered to a metal pin 34 such as brass for use. The metal pin 34 is adhered to a samarium-cobalt magnet 35 having a diameter of 5 mm and a thickness of 2 mm so that the pin 34 can be easily positioned during rapid cooling with low temperature nitrogen gas.

【0016】図6に、本発明の試料マウント具を用いる
X線回折装置の概略を示す。先端の筒状部材に結晶試料
をマウントしたマウント具40は、磁石35によってゴ
ニオメータ50に取り付けられる。試料は、低温ガス吹
き付け装置51から流下する低温窒素ガスによって測定
の間常に冷却されている。回転対陰極型X線発生装置等
のX線発生装置52から発生されたX線はニッケルフィ
ルターを用いて単色化され、X線集光ミラー53によっ
て収束されてマウント40に保持された試料に照射され
る。試料から発生した回折X線パターンは、イメージン
グプレート等の感光体54で検出される。
FIG. 6 schematically shows an X-ray diffractometer using the sample mount of the present invention. The mounting tool 40, in which the crystal sample is mounted on the cylindrical member at the tip, is attached to the goniometer 50 by the magnet 35. The sample is constantly cooled by the low temperature nitrogen gas flowing from the low temperature gas blowing device 51 during the measurement. X-rays generated from an X-ray generator 52 such as a rotating anticathode type X-ray generator are monochromaticized using a nickel filter, converged by an X-ray focusing mirror 53, and irradiated on a sample held on the mount 40. To be done. The diffracted X-ray pattern generated from the sample is detected by the photoconductor 54 such as an imaging plate.

【0017】以下に、図6のX線回折装置を用いた測定
方法について説明する。低温下で蛋白質結晶のデータ収
集を行う場合の困難は、蛋白質結晶の溶媒領域の大部分
を占有する水が冷却に伴って六方晶の氷として凍結され
てしまうことである。初期冷却で六方晶氷の生成を阻害
し、水をガラス状に凍結するには、抗凍結剤を結晶母液
に浸透させ、かつ、結晶の冷却速度を高める必要があ
る。抗凍結剤と急速冷凍の併用によって蛋白質内の水分
子はガラス状に凍結される。抗凍結剤は、水の相転移に
対して平衡氷点の低下、氷の均質な成長の抑制、及び過
冷却現象の増大といった効果をもたらす。蛋白質結晶に
浸透させる抗凍結剤としては、メタノール、グリセロー
ル、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、サッカロ
ース、ポリエチレングリコール等を用いることができ
る。その場合、濃度は15%(w/v)以上とするのが
有効である。
The measuring method using the X-ray diffractometer of FIG. 6 will be described below. The difficulty in collecting data on protein crystals at low temperatures is that water, which occupies most of the solvent region of protein crystals, is frozen as hexagonal ice upon cooling. In order to prevent the formation of hexagonal ice in the initial cooling and freeze the water into a glassy state, it is necessary to penetrate the crystal mother liquor with a cryoprotectant and increase the cooling rate of the crystals. The water molecules in the protein are frozen into a glass by the combined use of an antifreezing agent and quick freezing. Antifreeze agents have the effect of lowering the equilibrium freezing point, suppressing the uniform growth of ice, and increasing the supercooling phenomenon with respect to the phase transition of water. Methanol, glycerol, 2-methyl-2,4-pentanediol, saccharose, polyethylene glycol and the like can be used as the antifreezing agent that permeates the protein crystals. In that case, it is effective to set the concentration to 15% (w / v) or more.

【0018】次に、測定例について説明する。Bart
unikらの方法〔J. Mol. Biol.210, pp.813-829(198
9)〕にしたがって、低密度充填型牛トリプシン斜方晶系
結晶を調製した。結晶母液は、2.1Mの硫酸アンモニ
ウム、1%(w/v)のベンズアミジン、1mMの塩化
カルシウム、20mMのカコジル酸ナトリウム(pH
6.0)である。これに抗凍結剤として25%(w/
v)のサッカロースを加え、透析による溶媒置換を12
時間行った。その後、トリプシン結晶試料を図5に示し
たマウント具40にマウントし、98Kの低温窒素ガス
にてフラッシュ凍結した。
Next, a measurement example will be described. Bart
Unik et al. [J. Mol. Biol. 210 , pp. 813-829 (198
9)], a low-density packed beef trypsin orthorhombic crystal was prepared. The crystal mother liquor is 2.1 M ammonium sulfate, 1% (w / v) benzamidine, 1 mM calcium chloride, 20 mM sodium cacodylate (pH
6.0). 25% (w /
v) Sucrose was added, and the solvent replacement by dialysis was performed to 12
I went on time. Then, the trypsin crystal sample was mounted on the mounting tool 40 shown in FIG. 5 and flash frozen with 98K low temperature nitrogen gas.

【0019】トリプシン結晶試料は250×150×4
00μm3 の大きさを有し、図7に略示するように結晶
軸を上下方向に向けた状態で、マウント具の筒状部材3
0に凍結されてマウントされていた。この結晶試料がマ
ウントされたマウント具を、図6に示すようにX線回折
装置のゴニオメータ50にマウントし、低温ガス吹き付
け装置51から低温窒素ガスを吹き付けて100Kに維
持した。50kV、80mAで運転されるX線発生装置
52からのCuKα線(波長0.15418nm)をX
線集光ミラー53で集光し、マウント具の筒状部材30
にマウントされたトリプシン結晶試料に照射し、振動結
晶法によって測定した。測定結果を表2に示す。 表 2 格子定数 a=6.33 b=6.26 c=6.80nm 分解能 4.6〜0.18nm Rmerge I 0.049 振動角 2度/プレート 露光時間 45分/プレート 全測定角度 90度 表2中、Rmerge Iは次式(1)で定義され、測定がどの
程度の精度で行われたかを示す指標となる量である。
The trypsin crystal sample is 250 × 150 × 4
The cylindrical member 3 of the mount having a size of 00 μm 3 and with the crystal axis oriented in the vertical direction as schematically shown in FIG.
It was frozen and mounted at 0. The mount on which the crystal sample was mounted was mounted on a goniometer 50 of an X-ray diffractometer as shown in FIG. 6, and low temperature nitrogen gas was blown from a low temperature gas blowing device 51 to maintain the temperature at 100K. X-ray the CuKα ray (wavelength 0.14518 nm) from the X-ray generator 52 operated at 50 kV and 80 mA.
The line collecting mirror 53 collects the light, and the cylindrical member 30 of the mount tool
The trypsin crystal sample mounted on the plate was irradiated and measured by the vibrating crystal method. The measurement results are shown in Table 2. Table 2 Lattice constant a = 6.33 b = 6.26 c = 6.80 nm Resolution 4.6-0.18 nm R merge I 0.049 Vibration angle 2 degrees / plate Exposure time 45 minutes / plate Total measurement angle 90 degrees In Table 2, R merge I is defined by the following formula (1), and is an amount serving as an index indicating how accurate the measurement is.

【0020】 Rmerge I=ΣhΣi|Ii(h)−<I(h)>|/ΣhΣii(h) (1) ここで、hは逆格子点の指数(3次元ベクトル)であ
り、I(h)は指数hの反射強度(積分強度)である。測
定では希望するhの組(通常1万個程度)の強度を測定
するが、振動結晶法では希望するI(h)の組を複数個測
定することができる。いまn個のI(h)を測定できたと
して、それを次のように表記し、その平均を<I(h)>
とする。
R merge I = Σ h Σ i | I i (h)-<I (h)> | / Σ h Σ i I i (h) (1) where h is the index of the reciprocal lattice point (3 Dimension vector), and I (h) is the reflection intensity (integrated intensity) of the index h. In the measurement, the intensity of a desired h group (usually about 10,000 pieces) is measured, but in the vibrating crystal method, a plurality of desired I (h) groups can be measured. Assuming that we can measure n I (h) now, write it as follows, and calculate the average <I (h)>
And

【0021】I1(h),I2(h),…,In(h) 従って、Rmerge Iの分子は全ての測定点について各反射
強度の平均値からのずれを加算したものであり、分母は
全ての測定点についての反射強度の和である。上記定義
から分かるように、Rmerge Iは、その値が小さいほど統
計精度が高いことを示し、理想的な実験ではゼロになる
が、実験室での室温下における通常の実験では0.06
ないし0.07%の値を示す。上記結晶のサイズは、実
験室でデータ収集する点を考えると比較的小さい部類に
入るが、本実施例のマウント具を用いた低温実験により
露光時間を十分にとることができ、かつ放射線損傷がな
いことからRmerge Iは0.049と良好な値を示してい
る。
I 1 (h), I 2 (h), ..., I n (h) Therefore, the numerator of R merge I is the sum of deviations from the average value of each reflection intensity at all measurement points. , The denominator is the sum of the reflection intensities at all the measurement points. As can be seen from the above definition, R merge I indicates that the smaller the value, the higher the statistical accuracy, and it is zero in an ideal experiment, but 0.06 in a normal experiment at room temperature in a laboratory.
Values of 0.07% to 0.07%. Although the size of the crystal is in a relatively small size in view of collecting data in a laboratory, a low temperature experiment using the mounting tool of the present example allows sufficient exposure time and radiation damage. Since it is not present, R merge I shows a good value of 0.049.

【0022】また、本発明者らの他の実験によると、室
温下での測定では放射線損傷により分解能0.6nmで
しかデータ収集できない結晶を、本発明の結晶マウント
具を用いた低温実験により、分解能を0.25nmまで
大きく拡張することができた。急速凍結は、液体エタ
ン、液体プロパン等のスラッシュによるフラッシュ凍結
によって行ってもよい。液体窒素は発泡性があるために
冷却速度が遅く、好ましくない。また、一旦冷却が完了
すると、低温窒素ガス吹き付け装置を用いて定常的に冷
却しながら測定を行うことにより、液体窒素温度から2
20K程度までの任意の温度にて回折強度データの収集
が可能となる。
According to another experiment conducted by the present inventors, a crystal whose data can be collected only at a resolution of 0.6 nm due to radiation damage in the measurement at room temperature was subjected to a low temperature experiment using the crystal mount of the present invention. The resolution could be greatly expanded to 0.25 nm. Quick freezing may be performed by flash freezing with a slush of liquid ethane, liquid propane, or the like. Liquid nitrogen is not preferable because it has a foaming property and thus has a slow cooling rate. Further, once the cooling is completed, the measurement is performed while constantly cooling with a low-temperature nitrogen gas spraying device so that the temperature of the liquid nitrogen becomes 2
It is possible to collect diffraction intensity data at any temperature up to about 20K.

【0023】通常室温下での実験に使用されているキャ
ピラリーチューブを薄いリング状に切断して作製した前
述のマウント具は、X線をあらゆる方向に透過させるこ
とができ、また、その壁面を利用することで、結晶の結
晶軸を入射X線ビームに対して軸立てできるという利点
をもつ。低温下で蛋白質X線結晶構造解析のための回折
強度データを収集する技術は、実験室においても、また
シンクロトロン放射光X線を利用した実験においても、
蛋白質結晶のX線による放射線損傷を低減させる上で重
要である。この技術は、生体高分子結晶を長時間X線に
曝すことを可能にし、その結果、統計的に信頼性の高い
回折強度データをもたらすこととなる。更にこの技術の
適用によって、蛋白質内部振動の温度依存性や蛋白質に
結合した水分子の役割といったような蛋白質の物理的な
性質を調べることができるようになる。
The above-described mount tool, which is produced by cutting a capillary tube, which is usually used for experiments at room temperature, into a thin ring shape, can transmit X-rays in all directions and uses its wall surface. This has the advantage that the crystal axis of the crystal can be oriented with respect to the incident X-ray beam. A technique for collecting diffraction intensity data for protein X-ray crystal structure analysis at low temperature is used both in the laboratory and in experiments using synchrotron radiation X-rays.
It is important in reducing the radiation damage of protein crystals due to X-rays. This technique allows long-term exposure of biopolymer crystals to X-rays, resulting in statistically reliable diffraction intensity data. Furthermore, by applying this technique, it becomes possible to investigate the physical properties of proteins such as the temperature dependence of internal vibration of proteins and the role of water molecules bound to the proteins.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明のX線試料マウント具によると、
蛋白質結晶等の試料に応力をかけることなく軸立てして
マウントすることができる。また、マウント具自体から
強い回折線を発生させることがなく、ブラインド領域も
生じないため、鮮明な回折データを得ることができる
According to the X-ray sample mount of the present invention,
A sample such as a protein crystal can be vertically mounted without being stressed. In addition, since a strong diffraction line is not generated from the mount itself and a blind area is not generated, clear diffraction data can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】マウント具の筒状部材の製造方法の説明図。FIG. 1 is an explanatory view of a method for manufacturing a tubular member of a mount tool.

【図2】従来のマウント具の説明図。FIG. 2 is an explanatory view of a conventional mount tool.

【図3】極細金属ワイヤを用いたマウント具で試料に作
用する表面張力の説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram of surface tension acting on a sample by a mount tool using an ultrafine metal wire.

【図4】円筒部材の斜視図。FIG. 4 is a perspective view of a cylindrical member.

【図5】マウント具の全体図。FIG. 5 is an overall view of a mounting tool.

【図6】本発明の試料マウント具を用いるX線回折装置
の概略図。
FIG. 6 is a schematic view of an X-ray diffractometer using the sample mount of the present invention.

【図7】本発明の実施例における結晶試料のマウント状
態を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a mounted state of a crystal sample in an example of the present invention.

【図8】(a)両錐形結晶、及び(b)直方体形結晶の
マウント状態の一例を説明する図。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a mounted state of (a) a bipyramidal crystal and (b) a rectangular parallelepiped crystal.

【符号の説明】 11…合成樹脂板、12…溝、13…キャピラリー管、
15…切断歯、21…ロッド、22…薄板石英板、23
…接着剤、24…ロッド、25…極細金属ワイヤ、26
…接着剤、27…蛋白質結晶、28…結晶母液、30…
円筒部材、31…ガラスファイバー、32…エポキシ樹
脂、34…ピン、35…磁石、40…マウント具、50
…ゴニオメータ、51…低温ガス吹き付け装置、52…
X線発生装置、53…X線集光ミラー、54…感光体、
60…結晶試料
[Explanation of reference numerals] 11 ... Synthetic resin plate, 12 ... Groove, 13 ... Capillary tube,
15 ... Cutting teeth, 21 ... Rod, 22 ... Thin quartz plate, 23
… Adhesive, 24… Rod, 25… Extra fine metal wire, 26
… Adhesive, 27… Protein crystals, 28… Crystal mother liquor, 30…
Cylindrical member, 31 ... Glass fiber, 32 ... Epoxy resin, 34 ... Pin, 35 ... Magnet, 40 ... Mounting tool, 50
... Goniometer, 51 ... Low temperature gas blowing device, 52 ...
X-ray generator, 53 ... X-ray focusing mirror, 54 ... Photoconductor,
60 ... Crystal sample

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−164737(JP,A) 実開 昭61−67548(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 23/00 - 23/227 G01N 1/00 - 1/44 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-5-164737 (JP, A) Actual development Sho 61-67548 (JP, U) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 23/00-23/227 G01N 1/00-1/44

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ッドの先端に状部材を該筒状部材の
軸が前記ロッドの軸と略直交するように固定したことを
特徴とするX線分析用試料マウント具。
1. A Rod X-ray analytical sample mounting device, characterized in that the tubular member to the tip axis of the cylindrical member is fixed so as to be substantially perpendicular to the axis of said rod.
【請求項2】 前記ロッド及び筒状部材は非晶質材料か
らなることを特徴とする請求項1記載のX線分析用試料
マウント具。
2. The rod and the tubular member are amorphous materials
The sample for X-ray analysis according to claim 1, characterized in that
Mount fixture.
【請求項3】 前記ロッド及び筒状部材は溶融石英から
なることを特徴とする請求項1記載のX線分析用試料マ
ウント具。
3. The sample mount for X-ray analysis according to claim 1, wherein the rod and the tubular member are made of fused silica.
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