Введение к работе
Актуальность темы. Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей и нейтронов (МУР) - универсальный метод исследования надатомного строения дисперсных систем различной физической природы. Изучая рассеяние на неоднородностях плотности, пространственные размеры которых велики но сравнению с длиной волны падающего излучения (составляющего несколько ангстрем), можно получить информацию о структуре вещества на уровне разрешения, более грубом, чем межатомные расстояния. Метод МУР широко используется для изучения надатомного строения различных высокодиснерсных систем, таких как стекла, сплавы, синтетические полимеры и пр:
Значение МУР особенно велико для исследований биологических объектов, например белков, нуклеиновых кислот, вирусов, клеточных мембран, рибосом. Образец представляет собой раствор идентичных частиц (монодисперсную систему), а экспериментальная интенсивность рассеяния - усредненную по всем ориентациям интенсивность рассеяния одной частицей, что позволяет изучать четвертичную структуру нативных биополимеров в физиологических растворах.
Развитая экспериментальная база метода позволяет получать дифракционнные данные в широком диапазоне векторов рассеяния. В то же время,'среди методов анализа малоугловых данных в настоящее время отсутствует единый подход к проблеме, позволяющий оценивать эффективность различных методов. Поэтому задача разработки оптимальной системы извлечения структурной информации из данных малоуглового рассеяния является весьма актуальной.
Целью работы являлось развитие параметрических методов обработки и интерпретации данных и методов трехмерного моделирования, и создание па их основе прототипа автоматизированной системы анализа данных МУР.
Научная новизна. Разработан новый параметрический метод обработки экспериментальных данных МУР, который является оптимальным с точки зрения точности восстановления идеальной кривой
интенсивности рассеяния. Осуществлена модификация алгоритма интерпретации экспериментальных данных, позволяющая однозначно определять трехмерную структуру частиц в монодисперсных системах при низком разрешении. Развитые методы применены к определению надатомной структуры белка обратной транскриптазы вируса иммунодефицита человека. Создана графическая система для трехмерного моделирования, отвечающая задачам представления моделей низкого разрешения, полученных в результате обработки и интерпретации экспериментальных данных МУР.
Научная значимость работы. Разработанные параметрические методы обработки и интерпретации данных малоуглового эксперимента являются оптимальными с точки зрения точности и устойчивости получаемых результатов и позволяют надежно рассчитывать интегральные параметры обьекта и его характеристические функции непосредственно из экспериментальных данных с учетом приборных искалсений, и определять трехмерную структуру низкого разрешения из данных МУР. Алгоритмы обработки и интерпретации реализованы в виде компьютерных программ и показали свою эффективность при изучении строения ряда белков.
Созданная графическая система трехмерного моделирования способна обмениваться информацией с программами анализа данных и позволяет интерактивно контролировать процесс интерпретации экспериментальных данных рассеяния.
Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ. Список их приведен в конце автореферата.
Основные результаты работы докладывались на IV Международном симпозиуме "Экспериментальные методы в изучении рибосомы" (Рингберг, Германия, 1995), V Международной конференции "Биофизика и синхротронное излучение" (Гренобль, Франция, 1995), X Международной конференции по малоугловому рассеянию (Кампинас, Бразилия, 1996), на конкурсе научных работ Института
кристаллографии РАН (1996), на Международной школе "Прямые методы в определении фаз" (Йорк, Англия, 1997).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и выводов. Общий объем диссертации 111 страниц, включая 26 рисунков, 3 таблицы и список литературы из 82 наименований.
Похожие диссертации на Разработка параметрических методов анализа данных и методов трехмерного моделирования для малоуглового рассеяния монодисперсными системами
