基本介紹
- 中文名：反常散射
- 外文名：Anomalous scattering
- 來源：晶體衍射
- 套用：解決待測物的相角問題
- 學科：物理
內容簡介,反常散射法同直接法的結合,全新蛋白結構解析方法,
內容簡介
晶體內部的電子密度函式ρ(r)決定了它的衍射圖象，即晶體的X射線各衍射方向振幅和相位，反過來，衍射圖象同樣也決定晶體的電子密度函式ρ(r)。然而因為從衍射實驗中只能得到一組強度值(振幅)，所以電子密度函式ρ(r)的就不能夠求得 。 假如引用以前已知的結構知識，即晶體是由分立的已知原子序數的原子組成，那么實測的衍射強度值一般是足以確定晶胞中原子位置，即確定晶體結構 。
應該指出，對於實測的衍射強度一般足以單獨確定晶體結構的認識，在直接法測定晶體結構的發展史上是 一個里程碑。 因為大約在1950年前，結晶學界一直持有與此相反的錯誤觀點，認為晶體結構即使在原則上也不可能從衍射強度中推引出來，而且已形成一種心理障礙。 要取得實質性的進展，就必須消除這種障礙。
反常散射法同直接法的結合
對於某些類型的含重原子晶體結構，用通常的Patterson法、 重原子法、 乃至直接法，往往不易獲得解。將由反常散射效應所得的部分相位信息同直接法結合起來有助於解決這個困難。紫草烏鹼乙碘氫酸鹽的晶體結構可算是一個典型的例子。在這個晶體結構中，碘原子具有中心對稱的分布，而其餘46個獨立的輕原子則屬非中心對稱分布。曾經試用Patterson法、 重原子法、 直接法(MULTAN一75)求解這個結構。所得結果是一個鷹中心 對稱的雙解，也就是每個輕原子都出現中心對稱的一對可能位置。作者之一在1965年曾經提出將反常散射法同直接法結合起來以消除雙解問題。
隨著同步輻射X光源日漸廣泛地套用於結構分析，反常散射效應的套用將更具重要意義。使用同步輻射X光源可以更精確地測量反常散射效應。更重要的是，同步輻射X光的波長可以在大範圍內連續調節。因此原則上對任何成分的單晶體試樣，都不難從實驗上獲得大量準確的反常散射數據。由此可以推引出幾十個乃至幾百個起始相位。 現有直接法的各種技巧如果以這樣一個可靠的“大起始套”作為基礎，將有可能解出更複雜得多的結構。
全新蛋白結構解析方法
蛋白質結構解析過程中，相位問題的解決是關鍵的步驟。一般解析相位問題的辦法有分子置換法、同晶置換法和反常散射法。要進行全新結構的解析，必須依靠同晶置換法或者反常散射法。然而同晶置換法需要製備至少一種同晶置換晶體；反常散射法需要所解析蛋白中含有金屬或者在製備過程中進行硒代， 並且利用同步輻射光源採集多個波長的衍射數據，給蛋白和晶體的製備，以及衍射實驗增加了相當多的工作量，使得全新蛋白結構的解析效率難以提高。 所以發展不需要同晶置換或反常散射就能夠解析全新結構的方法勢在必行。
小角X射線散射可以獲得蛋白質在溶液中的形狀，根據這個形狀和一套任意波長的蛋白質單晶衍射數據， 可以通過六維搜尋的方法確定出晶胞中蛋白質所處的位置和取向，因此皆可以得到這個蛋白質晶體的低分辨結構模型。但是這個低分辨模型僅僅利用晶體學的方法難以擴展到高解析度的數據上去。
利用光學中的一些算法，例如雜化輸入-輸出算法（Hybrid-Input-Output，HIO）或者改進的雜化輸入-輸出算法（Modified Hybrid-Input-Output， MHIO），成功地把低分辨的相位擴展到任意解析度的衍射數據中，從而實現相位的解析。這種算法對衍射數據的誤差非常不敏感，並且對衍射的解析度沒有要求，只要在低蛋白質進行結晶之前進行小角散射實驗，獲得蛋白質在溶液中的低分辨形狀，獲得晶體以後收集一套任意波長的衍射數據，就能夠解析出蛋白質晶體結構，可望成為解析全新結構的一種有力的新方法。
