ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
Литература к Введению 6
ГЛАВА 1. Объект исследования и методика эксперимента 7
1.1. Некоторые свойства кристаллов и растворов 7
1.2. Приготовление растворов и получение кристаллов 10
1.3. Устройство и работа атомно-силового микроскопа 17
1.4. Экспериментальная установка и обработка результатов 20
Литература к Г лаве 1 22
ГЛАВА 2. Структура поверхности 26
2.1. Структура поверхности при молекулярном разрешении 26
2.1.1. Удвоение параметра решетки в направлении оси а 26
2.1.2. Удвоение параметра решетки в направлении оси Ь 31
2.1.3. Эффект удаления полуслоя 31
2.2. Наблюдение ступеней и изломов 34
2.3. Основные результаты Г лавы 2 37
Литература к Г лаве 2 38
ГЛАВА 3. Механизм и кинетика кристаллизации 39
^3.1. Модель движения ступеней путем образования
одномерных зародышей (обзор литературы) 39
3.1.1. Основные механизмы роста кристаллов 39
3.1.2. Модель одномерных зародышей 40
3.1.3. Основные поверхностные конфигурации 3.1.4. Образование одномерных зародышей. Область 40
применимость модели одномерных зародышей 42
3.1.5. Равновесная плотность ихтомов на ступени 45
3.1.6. Влияние пересыщения на плотность изломов 45
3.1.7. Зависимость плотности изломов от длины ступени 48
3.2. Методика определения пересыщения 52
3.3. Источники ступеней. Описание дислокационных
Источников 53
3.4. Статистика изломов 56
3.5. Экспериментальные данные по кинетике
ступеней и изломов 61
3.6. Флуктуации ступеней 62
3.7. Зависимость скорости ступени от ее длины
при матой плотности изломов 72
3.8. Основные результаты Главы 3 81
Литература к Главе 3 82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
Приложение 86
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы, одновременно с бурным развитием биотехнологий, возрос шгтерес к выращиванию кристаллов белков, нуклеиновых кислот, вирусов и других биологических объектов из водных растворов. Этот интерес вызван тем, что только закристаллизованные биологические объекты позволяют определить их структуру и понять механизм работы этих молекулярных машин, что крайне важно для создания новых биологических технологий. Важнейшую роль в определении структуры белков играет качество получаемых из них кристаллов. Единственным путем к получению совершенных кристаллов является глубокое понимание механизмов их роста. С появлением, некоторое время назад, in situ атомно-силовой микроскопии, позволяющей детально визуализировать растущую поверхность кристалла, наука получила новые возможности для решения этой проблемы.
В настоящей работе проведено подробное исследование морфологии поверхности и механизмов роста белкового кристалла. Несомненным преимуществом белков как объекта исследования методами атомно-силовой микроскопии является достаточно большой размер молекул, который облетает наблюдение элементарных актов кристаллизации, что пока невозможно для неорганических соединений. В качестве объекта исследования выбран кристалл лизоцима. Лизоцим представляет собой модельный белок с полностью расшифрованной внутренней структурой и биологическими функциями, который довольно легко поддается кристаллизации. Первые исследования кристаллизации лизоцима были проведены в работе Abraham Е Р and Robinson R (1937). Имеется информация о свойствах водных растворов лизоцима (Guilloteau
з
et al 1992, Ries-Kautt et al 1989, Schwartz et al 2000,), а так же о его кристаллографических формах. В работах Vekilov et al (1993) и Rong et al (2000) изучалась кинетика роста, наиболее легко получаемой, тетрагональной модификации лизоцима, для которой также имеются данные по морфологии поверхности (см. Главу 1). В данной работе изучалась ромбическая модификация, практически не исследованная до настоящего времени.
Целями настоящей диссертационной работы были:
- исследование структуры поверхности растущего кристалла на молекулярном уровне, сравнение поверхностной структуры кристалла со структурой в объеме, наблюдение ступеней и изломов;
- определение механизма роста кристалла, изучение кинетики движения ступеней, выяснение статистики изломов, скорости их появления и движения.
Работа состоит из трех глав и заключения.
В первой главе описана экспериментальная установка, подготовка и проведение эксперимента и первичная обработка экспериментальных результатов, так же дается обзор некоторых свойств исследуемых кристаллов и растворов.
Во второй главе приведены результаты исследования морфологии поверхности растущего кристалла. Достигается визуализация поверхности с молекулярным разрешением. Обсуждаются эффекты изменения периода решетки на поверхности. Проводится наблюдение ступеней и изломов.
В третьей главе описаны механизм и кинетика роста кристалла. Наблюдаются источники ступеней. Исследуется статистика изломов. Приводятся экспериментальные данные по кинетике роста. Проводится
4
обсуждение полученных данных в рамках теории одномерного зародышеобразования.
Основные результаты диссертационной работы сформулированы в Заключении.
5
JlHTeparypa k Bbc4€hhk>
Abraham E P and Robinson R 1937 Crystallization of lysozyme Nature 140 24
Guilloteau J P, Ries-Kautt M M and Ducruix A F 1992 Variation of lysozyme solubility as a function of temperature in the presence of organic and inorganic salts / Cryst. Growth 122 223-230
Rong L, Yaraane T and Niimura N 2000 Measurement and control of the crystal growth rate of tetragonal hen-egg-white lysozyme imaged with an atomic force microscope/. Cryst. Growth 217 161-169
Ries-Kautt M M and Ducruix A F 1989 Relative effectiveness of various ions on the solubility and crystal growth of lysozyme /. Biol. Chem. 264 745-748
Schwartz M A and Berglund K A 2000 In situ monitoring and control of lysozyme concentration during crystallization in a hanging drop /. Cryst. Growth 210 753-760
Vekilov P G, Ataka M and Katsura T 1993 Laser Michelson interferometry investigation of protein crystal growth /. Cryst. Growth 130 317-320
6
- Київ+380960830922