SYNCHROTRON RADIATION AS A SOURCE FOR STRUCTURAL ANALYSIS IN BIOLOGY

Résumé
Dans le domaine de l'analyse des structures biologiques à l'aide de la diffraction X, l'intensité de la source est souvent un paramètre limitatif. Il en est ainsi en particulier pour les échantillons de petite taille, ayant de grandes mailles et pour les échantillons à durées de vie faibles. II est par exemple capital, si l'on veut décrire le "fonctionnement macromoléculaire", de réduire la durée de la mesure au maximum. Si possible des temps de l'ordre de la milliseconde doivent être atteints, ce qui correspond à un gain d'intensité d'un facteur 10³ à 10⁴. Le développement technique des tubes à rayon X à anode tournante atteint maintenant sa limite physique, imposée par la vitesse de rotation maximum. Les sources synchrotron permettent tout d'abord un énorme gain en intensité ; elles ont aussi des propriétés optiques peu courantes mais très utiles. Cinq machines sont en fonctionnement ou en construction en Europe dans le domaine spectral des 1.5 Å ; elles seront comparées. On examinera les avantages des sources synchrotron fortement collimatées dans les différentes expériences de diffraction biologiques ; les applications à la microscopie seront envisagées. Enfin, les caractéristiques d'une source optimisée de rayonnement synchrotron seront passées en revue.

Abstract
In the field of analysis of biological structures using X-ray diffraction, the intensity of the X-ray source is a major limiting parameter. This is especially so for small specimens with large repeat units and where specimens, native or modified, have limited lifetimes. Most importantly, in attempting to describe "macromolecular operations" e. g. tlie contraction cycle in muscle, structurally, the permissible time window is narrowed even further. If possible sampling times of the order of 1 ms or less are needed. This implies a required improvement in intensity of a factor l0³-10⁴. However technical development of rotating anode X-ray tubes is now reaching a physical limit. The brightest of such sources is calculated by Rosenbaum (1) to be within a factor 2-3 of this limit, imposed by the maximum permissible surface velocity of the rotating anode target. Synchrotron sources provide firstly an enormous gain in intensity, and also have unfamiliar but highly useful optical properties. Five machines (operating or under construction) in Europe are bright in the 1.5 Å spectral region and will be compared on a meaningful basis. The suitability of the strongly collimated synchrotron source for various biological diffraction arrangements and the application to microscopy will be examined. Finally the design of an optimised synchrotron radiation source will be reviewed.