1W2B、3W1A-生物大分子实验站

一 实验站简介

BSRF目前有两条光束线可以进行生物大分子晶体学研究，分别为3W1A和1W2B。3W1A光束线位于13#厅，于2002年完成，并于2003年正式对用户开放。该束线很长一段时间内是国内唯一一条可以开展生物大分子晶体学研究的光束线，远远满足不了国内用户的需求，为了给用户提供更多的实验机时，在15#厅新建了另外一条，即1W2B光束线，它于2006年底建成并对用户开放。北京正负电子对撞机II期工程（BEPCII）以后，3W1A只能在同步光专用模式下运行，而1W2B可以同时在专用和兼用模式下运行。

在BSRF生物大分子晶体学线站上，可以利用以下多种方法开展生物大分子结构研究：

1 反常散射（MAD/SAD）方法。可以利用目前最常用的大多数重原子，如Se、Zn、Fe、Hg、Au、Pt等，进行晶体结构相位的解析。除此之外，这两条束线的能量范围还可以允许利用Mn、Co、Ni、Cu、Ga、As、Br、Rb、Hf、Ta、W、Os、Ir、Ti、Pb等重原子进行相位解析。

2 同晶置换（MIR/SIR）方法。可以利用的重原子类型如上所述。

3 分子置换（MR）方法。

生物大分子实验站自开放运行以来，完成了来自全国各地的包括大学、研究所在内的众多科研课题和研究任务，在Nature杂志上发表了三篇文章，其中生物物理所常文瑞院士课题组的菠菜捕光蛋白复合物II（LHCII）的晶体结构更是作为2004年3月份的Nature封面文章而发表。除了完成科学研究任务外，生物大分子实验站在实际应用中也发挥了重要的作用。SARS病毒主蛋白酶的晶体结构就是在3W1A光束线上得到解析的，该结构为随后的药物设计提供了非常重要的和坚实的基础。

二 研究范围

1 生物大分子晶体衍射。对晶体形态的生物大分子，包括蛋白质、核酸、蛋白质—配体复合物、蛋白质—蛋白质复合物、蛋白质—核酸复合物等，可以短时间内完成晶体衍射质量判定、数据收集、结构解析等一系列工作。

2 小分子（包括有机和无机小分子）的晶体衍射。利用本实验站波长可调、样品与探测器距离可变、光强远大于X光机的优势，可以在半个小时左右的时间内完成分辨率高达0.7埃的小分子数据收集。

3 X射线吸收精细结构谱（XAFS）实验。

三 研究方法

原理上利用的是X—射线衍射法，当晶体的晶面间距(d)与入射光的波长(λ)满足布拉格定律（）时，在角度为θ的方向上就会有衍射峰出现。与常规衍射法记录衍射峰的方法不同，在生物大分子衍射实验中，在探测器上记录到的是多个衍射点，根据各个衍射点的位置可以得到晶体所属的空间群及晶胞参数。

实验上采用的是回摆法。实验过程中，入射光位置固定，晶体与入射光垂直并固定在测角头上，测角头转动的同时带动晶体旋转，完成数据收集。每张衍射画面晶体最低可旋转0.1度。根据空间群的不同，收集到完整度足够高的数据（>90%）需要旋转不同的角度。一般说来，所需旋转的最小角度范围是360度与空间群对称操作数的比值。例如，对P2空间群的晶体，其含有一个2次轴，理论上晶体需要旋转至少360/2=180度才能收集到完整度足够高的数据。实际操作过程中，只要时间允许，要尽量多收集一些角度（因为在实验过程中有衍射盲区存在），尤其是对反常散射数据更是如此。

四 样品处光源参数

1、1W2B

能量范围：5-18 keV

能量分辨率（ΔE/E）：优于4 x 10^-4

光通量（photons/s）：10¹²

光斑尺寸（H x V）：1 x 0.6 mm²

2、3W1A

能量范围：6-16 keV

能量分辨率（ΔE/E）：4 x 10^-4

光通量（photons/s）：10¹¹

光斑尺寸（H x V）：0.8 x 0.6 mm²

五 实验设备

1 室内光源。实验站配备有Rigaku-007 X—射线发生器（X—光机），可以提供800瓦（40kv、20mA）的X-射线，样品处光斑最小可达0.07mm。探测器为MarResearch公司的成像板（mar345）。该室内光源可以为用户提供晶体筛选的便利，同时在非专用光期间，用户（盈利性企业用户除外）也可以免费使用该光源进行晶体的筛选和数据收集。

2 样品准备间。在3W1A实验站配备了专门的样品准备间，用户可在此完成晶体的挑选等前期工作。

3 机械手。两条光束线都配备了MarResearch公司的样品自动安装机械手，能够容纳18颗晶体，用户可以在不损伤晶体的情况下完成对这些晶体衍射质量的判断，从而选择其中质量最好的用来进行数据收集。

4 Oxford低温冷冻系统。两条光束线及室内光源各配置一套，可以提供液氮冷却的低温干燥空气，样品处的温度可稳定在100K。

5 多道扫描系统。两条光束线各配置一套，在反常散射实验中可以精确确定所需要的波长。

6 外置冷光源Olympus光学显微镜。

7 恒温箱。提供18-22度恒温，实验过程中用户可以存放晶体。

8 蛋白质晶体学实验室。该实验室能够提供从基因克隆直至结构解析的几乎所有试剂及软硬件。必要情况下，用户可以在此完成所需的工作。

六 代表性研究成果

1 Doyle, J.M., Gao, J., Wang, J., Yang, M., Potts, P.R (2010), MAGE-RING protein complexes comprise a family of E3 ubiquitin ligases. Mol.Cell39: 963-974

2 Wang,Y et al (2010), Structural and functional insights into 5'-ppp RNA pattern recognition by the innate immune receptor RIG-I. Nat.Struct.Mol.Biol. 17: 781-787

3 Liu, Y., Hu, Y., Li, X., Niu, L., Teng, M. (2010), The crystal structure of the human nascent polypeptide-associated complex domain reveals a nucleic acid-binding region on the NACA subunit. Biochemistry 49(13):2890-6

4 Shao, D., et al (2010), Structural and functional comparison of MIF ortholog from Plasmodium yoelii with MIF from its rodent host. Mol.Immunol. 47: 726-737

5 He, Y.X., Huang, L., Xue, Y., Fei, X., Teng, Y.B., Rubin-Pitel, S.B., Zhao, H., Zhou, C.Z. (2010), Crystal structure and computational analyses provide insights into the catalytic mechanism of 2,4-diacetylphloroglucinol hydrolase PhlG from Pseudomonas fluorescens. J.Biol.Chem. 285: 4603-4611

6 Liu, Y et al (2010), Structural analysis of Rtt106p reveals a DNA binding role required for heterochromatin silencing. J.Biol.Chem. 285: 4251-4262

七 联系方式

刘  鹏 研究员： 010-88235998，liup@ihep.ac.cn

董宇辉 研究员： 010-88233090，dongyh@ihep.ac.cn

常广才 助  研： 010-88236710，cgc@ihep.ac.cn

高增强 助  研： 010-88234028，gaozq@ihep.ac.cn

通讯地址：北京918信箱，中国科学院高能物理研究所生物大分子实验站，100049