通过中子自旋回声光谱研究蛋白质动力学

以下方案介绍了如何建立中子自旋回声实验以测量中间散射函数并研究溶液中蛋白质的动力学。中子自旋回声光谱的主要优点是它能够观察皮秒到纳秒时间尺度上蛋白质结构域和子结构域的重排，这是蛋白质在几乎自然环境中以及拥挤的蛋白质溶液中的慢动作范围。中子自旋回声也对同位素构型敏感，这使得使用对比匹配进行非常特异性和有针对性的研究成为可能。

对蛋白质结构域动力学的深入了解是生物物理研究的重要组成部分，这是一项正在进行的艰巨任务，以传递蛋白质的结构域运动及其生物学功能。这里介绍的协议通常可以应用于在SNS-NSE光谱仪上进行的任何中子自旋回波测量，无论您选择哪种样品，如果一个保持在软物质材料的范围内。要建立实验，首先要根据蛋白质样品的浓度，测量所需的温度和可用的溶液量选择细胞样品上样量的厚度。

用不含磷酸盐的培养皿洗涤剂，去离子水和70%二乙醇清洁细胞。在对流烤箱中干燥电池。将四毫升蛋白质溶液装入细胞中，并用盖子关闭。

使用蜡膜或任何密封剂密封样品池。将四毫升透析缓冲液装入与蛋白质样品相同的容器中并密封。将样品输送到光束线。

关闭快门，进入光谱仪外壳洞穴区域。通过拧紧螺钉和固定板，将样品池安装在铝制样品架上。将装载的石墨样品和氧化铝粉末样品装入与蛋白质样品相同的容器中。

将同一支架轻轻滑入温度强制系统的罐中。关闭温度强制系统盖子，并通过访问温度强制系统的交互式屏幕将温度设置为所需值。安装中子相机，以便将样品对准光束。

要收集中子自旋回波光谱数据，请使用中子相机和四个独立的样品孔径将样品对准中子束中的样品。打开散裂中子源，中子自旋回波光谱数据收集软件，并通过运行所需散射角和波长的解压扫描来收集样品统计数据。通过编辑辅助仪器科学家提供的测量宏，根据为每个样品收集的统计数据设置测量参数。

通过在命令提示符下键入协议名称并获取样本的回显来开始扫描。使用 ORNL 用户凭据登录到中子科学远程分析群集，然后按启动会话按钮。在用户目录中，打开终端窗口并键入软件设置命令。

接下来，键入环境命令。在主目录中创建一个用于数据缩减的文件夹，并从共享目录中复制提供的脚本和宏。编辑、重命名并保存相应地提供的缩减宏。

在命令提示符下键入 drspine"，然后按 Enter 键启动软件缩减环境。在软件环境中的命令提示符中键入缩减宏的名称，然后按 Enter. 使用简化文件数据的名称编辑辅助仪器科学家提供的 Python 脚本。

编辑函数以适合所提供的库。在命令提示符下键入已编辑脚本的名称，然后按 Enter 读取、调整和打印缩减的 NSE 数据。NSE测量的IgG和MBP蛋白的中间散射函数显示出与短短四年时间尺度上的简单扩散样弛豫过程的明显偏差，表明NSE可以获得蛋白质内部动力学，并且需要更复杂的模型来描述观察到的动态过程。

使用开发的模型对两种蛋白质进行原子建模的中间散射函数计算结果与实验NSE数据非常吻合。结果证明，在较长的毛皮时间观察到的较慢的动力学可归因于整体平移和旋转扩散过程，而在短时间尺度上观察到的动力学可归因于蛋白质结构域的动力学。要记住的一件重要事情是需要准备充分且清洁的样品用于NSE测量。

自旋回声的良好样品的翻转比高于3，这是样品的相干和非相干散射之间的比率。此外，在样品制备和样品上样到NSE细胞期间，样品溶液应保持安全，不受任何化学或生物交叉污染。出于安全原因，只有在快门关闭后，才应尝试进入光谱仪外壳，并且允许对外壳进行额外的半小时辐射冷却。

建议使用小角度中子散射来评估浓缩溶液中蛋白质的形状和结构。它可以在NSE实验之前或与NSE实验并行进行。动态光散射和粘度测量等其他方法可提供有关浓缩蛋白质溶液内平移扩散和流体动力学相互作用的信息，也建议使用。