Single particle study by X-ray diffraction: crystallographic approach

Увеличение мощности источников рентгеновского излучения (в частности, ввод в эксплуатацию рентгеновских лазеров на свободных электронах) открывает возможности практической регистрации рассеяния одиночными макромолекулярными биологическими частицами. Такая возможность создает предпосылки для ослабления (в идеале – снятия) основного ограничения рентгеноструктурного анализа – необходимости приготовления образца исследуемого объекта в виде монокристалла. Однако в настоящее время возможность практической регистрации рассеяния изолированной частицей ограничена зоной очень низкого разрешения, что является одной из основных проблем при развития этого подхода. В данной работе обсуждается сходство и отличия в исследовании кристаллических образцов и одиночных экземпляров исследуемых объектов. Показано, что задача определения структуры изолированной частицы может быть сформулирована как стандартная задача биологической кристаллографии, т.е. как задача определения распределения электронной плотности в элементарной ячейке виртуального кристалла по известным модулям комплексных коэффициентов Фурье этого распределения. Это позволяет применять к исследованию изолированных частиц весь арсенал методов биологической кристаллографии. В то же время, возможность регистрации для изолированной частицы непрерывной картины рассеяния (в отличие от дискретного набора Брэгговских рефлексов в случае кристалла) существенно увеличивает объем информации, извлекаемой из эксперимента. Аналитические свойства функции, описывающей непрерывное распределение интенсивности рассеянных лучей, создают потенциальную возможность как для решения фазовой проблемы – восстановления потерянных в эксперименте значений фаз коэффициентов Фурье, так и для экстраполяции наблюденных значений на более широкую область, позволяющую повысить разрешение получаемых синтезов Фурье.