Русская версия English version   
Том 15   Выпуск 1   Год 2020
Восстановление модулей и расчет фаз для дифракционной картины изолированной частицы с использованием бинарных масок объекта

Лунин В.Ю., Лунина Н.Л., Петрова Т.Е.

Институт математических проблем биологии РАН - филиал Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, Пущино, Московская область, Россия
 
Аннотация. Развитие экспериментальной техники и, в частности, ввод в эксплуатацию рентгеновских лазеров на свободных электронах позволяют приблизиться к возможности регистрации рентгеновского рассеяния отдельной макромолекулярной частицей. Это открывает дорогу к определению методами рентгеновской дифракции структуры некристаллизованных макромолекулярных объектов. Возможность измерения интенсивностей не-Брэгговских рефлексов создает существенную избыточность экспериментальных данных, что существенно упрощает определение структуры объекта. Дискретизация непрерывной дифракционной картины на сетку с достаточно мелким шагом позволяет рассматривать проблему определения структуры как проблему определения структуры для "виртуального" кристалла с чрезвычайно большим относительным объемом растворителя в элементарной ячейке. В предположении, что область, занимаемая объектом в элементарной ячейке, известна, это позволяет ожидать высокой эффективности в решении фазовой проблемы итерационных методов, типа методов модификации электронной плотности. В то же время, итерационные методы чувствительны к точности задания области молекулы, неполноте экспериментальных данных и изначальной неединственности решения. Разработанный авторами метод предварительного решения фазовой проблемы осуществляет случайный поиск связных бинарных аппроксимаций распределения электронной плотности в объекте (масок области молекулы), воспроизводящих с достаточной точностью дифракционную картину, наблюдаемую в эксперименте. Выравнивание, в рамках группы эквивалентности решений фазовой проблемы, найденных масок с последующим усреднением позволяет получить приближенное решение фазовой проблемы. Помимо оценки неизвестных значений фаз структурных факторов разработанный подход позволяет восстанавливать фрагменты дифракционной картины (значения модулей структурных факторов), потерянные в эксперименте. Примерами таких фрагментов могут служить нерегистрируемая центральная зона рентгенограммы или области "переэкспонированных" (ввиду ограниченности рабочего диапазона детектора) рефлексов.
 

Ключевые слова: биологические макромолекулы, изолированные частицы, рентгеновское рассеяние, рентгеновские лазеры, фазовая проблема, восстановление дифракционных данных, эффективное разрешение

Содержание Оригинальная статья
Мат. биол. и биоинф.
2020;15(1):57-72
doi: 10.17537/2020.15.57
опубликована на англ. яз.

Аннотация (англ.)
Аннотация (рус.)
Полный текст (англ., pdf)
Список литературы Перевод на рус. яз.
Мат. биол. и биоинф.
2020, 15(Suppl):t1-t20
doi: 10.17537/2020.15.t1

Полный текст (рус., pdf)

 

  Copyright ИМПБ РАН © 2005-2021