Особенности трехмерной реконструкции спиралей по данным малоуглового рентгеновского рассеяния

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Спиральные частицы представляют интерес из-за схожести с реальными наноструктурами, образующимися в процессах самоорганизации биополимеров (например каррагинанов, ДНК и пр.). С другой стороны, определение структурных параметров таких частиц по данным малоуглового рассеяния затруднено из-за плохой обусловленности обратной задачи. Это показывает практика применения известных программ моделирования шариковыми структурами. Рассмотрены модификация алгоритма поиска в ограниченной области пространства и поведение решений в зависимости от величин параметров целевой функции, отвечающих за связность структуры, типа взвешивания кривой интенсивности рассеяния, ширины углового диапазона данных. Для статистической оценки устойчивости решений применен режим последовательного поиска модели при варьировании величин вкладов штрафных членов. Определены эмпирические зависимости оптимальных значений параметров поиска в зависимости от параметров кривой распределения парных расстояний.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. А. Григорьев

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: vasiliy.grigorev.1996@mail.ru
Россия, Москва

П. В. Конарев

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Email: vasiliy.grigorev.1996@mail.ru
Россия, Москва

В. В. Волков

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Email: vasiliy.grigorev.1996@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Свергун Д.И., Фейгин Л.А. Рентгеновское и малоугловое рассеяние. М.: Наука, 1986. 280 с.
  2. Svergun D.I., Stuhrmann H.B. // Acta Cryst. A. 1991. V. 47. P. 736. https://doi.org/10.1107/S0108767391006414
  3. Svergun D.I., Volkov V.V., Kozin M.B. et al. // Acta Cryst. A. 1996. V. 52. P. 419. https://doi.org/10.1107/S0108767396000177
  4. He H., Liu C., Liu H. // iScience. 2020. V. 23. 100906.
  5. Svergun D.I. // Biophys J. 1999. V. 78. P. 2879. https://doi.org/10.1016/S0006 3495(99)77443-6
  6. Franke D., Svergun D.I. // J. Appl. Cryst. 2009. V. 42. P. 342. https://doi.org/10.1107/S0021889809000338
  7. Kirkpatrick S., Gelatt C.D., Vecchi M.P. // Science. 1983. V. 220. P. 671. https://doi.org/10.1126/science.220.4598.671
  8. Григорьев В.А., Конарев П.В., Волков В.В. // Кристаллография. 2023. Т. 68. С. 941. https://doi.org/10.31857/S0023476123600295
  9. Волков В.В. // Кристаллография. 2021. Т. 66. С. 793. https://doi.org/10.31857/S0023476121050234
  10. Григорьев В.А., Конарев П.В., Волков В.В. // Успехи в химии и химической технологии. 2022. Т. 36. С. 53
  11. Rees D.A. Polysaccharides Shapes. London: Chapman and Hall, 1977. 80 p.
  12. Shtykova E.V., Volkov V.V., Konarev P.V. et al. // J. Appl. Cryst. 2003. V. 36. P. 669. https://doi.org/10.1107/S0021889803006198
  13. Shannon C.E., Weaver W. The Mathematical Theory of Communication. University of Illinois Press, 1949. 125 p.
  14. Kozin M., Svergun D. // J. Appl. Cryst. 2001. V. 34. P. 33. https://doi.org/10.1107/S0021889800014126
  15. Taha AA., Hanbury A. // BMC Med Imaging. 2015. V. 15. P. 29. https://doi.org/10.1186/s12880-015-0068-x
  16. Svergun D.I. // J. Appl. Cryst. 1992. V. 25. P. 495.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Теоретические модели спиралей: сверху – вид сбоку, снизу – вид сверху. Шаг спирали (слева направо): 45, 50, 55 и 60 Å при диаметре 100 и 62 Å при диаметре 120 Å.

Скачать (345KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Усредненные по расчетам отсортированные значения NSD для групп расчетов, состоящих из пяти и семи моделей, и их средние значения (горизонтальные линии).

Скачать (93KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Примеры найденных структур с дефектом типа “разрыв” (1) и типа “соединение” (2).

Скачать (267KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Оценка f1-мера в зависимости от порогового значения 1-го квартиля NSD.

Скачать (59KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Значения оценки расчетов в зависимости от различных значений параметров алгоритма для моделей I, II, III и IV (сверху вниз). По оси абсцисс отложены логарифмы весов штрафов за разрыв структуры, по горизонтали – за ее рыхлость. Черный цвет отмечает области успешного поиска.

Скачать (383KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Аппроксимации оценки расчетов для моделей I, II, III и IV (сверху вниз).

Скачать (323KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Графики функций парных расстояний для спиралей с шагом h = 45, 50, 55 и 60 Å (модели I, II, III, IV рис. 1).

Скачать (109KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Оптимальные значения весов штрафов за рыхлость (wL) и разрывность (wD) частицы в зависимости от разрешения пиков R на кривой p(r) для различных пар значений степени весовой функции (3) n и числа шенноновских каналов Nsh.

Скачать (140KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Усредненные значения оценки расчетов для тестовой модели V. Слева – реальный результат, справа – идеальный.

Скачать (227KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Типичные восстановленные тестовые модели V для центральной (столбцы 1, 3) и правой верхней (столбцы 2, 4) ячеек из рис. 9.

Скачать (473KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024