Биофизическая химия. Том 2 - Кантон Ч.
Скачать (прямая ссылка):
исследования является пурпурная мембрана галофильной бактерии. Эта
мембрана состоит из липида и преимущественно из одного белка. На рис.
14.14 показаны экспериментальная дифракционная картина, когда плоскость
мембраны перпендикулярна пучку электронов (рис. 14.14^4), и часть
дифракционной картины, рассчитанной по электронно-микроскопическому
изображению (рис. 14.14, Б, В). Кроме того, показана результирующая
контурная карта проекции структуры на плоскость мембраны (рис. 14.14, Г).
Разрешение, с которым получена эта карта, равно 7 А, хотя нет никаких
серьезных препятствий к тому, чтобы улучшить его. Видны многочисленные
интенсивные пики, отстоящие друг от друга на 10 А. По всей вероятности,
это а-спирали белка, видимые с торцов. Следовательно, спирали должны быть
ориентированы приблизительно перпендикулярно мембранной поверхности.
Для того чтобы получить трехмерную структурную информацию, весь только
что описанный процесс повторяют при различных наклонах образца. Затем
структуру восстанавливают по набору двумерных проекций (Henderson, Unwin,
1975).
• МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ДИФРАКЦИИ ЭЛЕКТРОНОВ
Пусть образец лежит в плоскости х - у, а электроны падают на него вдоль
оси z. Отдельные стадии формирования электронно-микроскопического
изображения, которые мы рассмотрим ниже, представлены на рис. 14.15.
Существенные моменты заключаются в том, что дифракционная картина
является фурье-преобразованием образца, а изображение - фурье-
преобразованием дифракционной картины.
Электроны в момент достижения ими образца могут быть представлены волной
с еди-ничной амплитудой и нулевой фазой. При прохождении через образец
электроны будут
11 Хотя в действительности картина дифракции является трехмерной, все
интересующие нас расстояния значительно превосходят длину волны
электронов. Поэтому для всех практических целей кривизной сферы отражения
можно пренебречь.
432 ГЛАВА 14
РИС. 14.14. Стадии анализа структуры пурпурной мембраны с помощью
дифракции электронов в электронном микроскопе. А. Экспериментально
наблюдаемая картина дифракции. Б. Часть дифракционной картины, полученной
в результате фурье-преобразования электронно-микрокопического
изображения. Микрограмма, полученная при низкой дозе облучения; показано
индицирование некоторых узлов обратной решетки. В. Микрограмма,
полученная при высокой дозе облучения; ее вид определятся прежде всего
передаточной функцией. Г. Карта электронной плотности при разрешении 7 А.
Карта получена как результат синтеза Фурье, в котором использовались
интенсивности, измеренные в части А, и фазы, вычисленные с помощью
изображений Б и В. Размеры элементарной ячейки 62 х 62 A. [Unwin P.N.T.,
Henderson R., J. Mol. Biol., 94, 431 (1975).]
ДРУГИЕ МЕТОДЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ РАССЕЯНИЕ И ДИФРАКЦИЮ
433
28-84
434
ГЛАВА 14
Объект и его фурье-
Волновые функции преобразование Интенсивности
Плоскость объекта А (хо, у") f(T0, У0)
46
Плоскость дифракции F(h, к)
Vх Амплитуды Амплитуды
-д --------
^48,57 >.
I{h,k)
49
Плоскость изображения A(Xj, у
РИС. 14.15. Определение структуры с помощью электронного микроскопа.
Показаны "взаимоотношения" между различными наблюдаемыми и вычисляемыми
величинами. Числа около стрелок относятся к соответствующим уравнениям в
тексте, с помощью которых можно провести указанные расчеты. Коричневыми
стрелками отмечены те этапы расчета, которые проходит исследователь при
решении структуры.
подвергаться воздействию локального потенциала ф(х, у, z), источником
которого являются электроны и ядра атомов образца. Это приведет к
фазовому сдвигу в первоначальной волне. Поскольку образец очень тонкий,
нам надо рассматривать только проекцию
оо
потенциала на плоскость х - у: Ф(х, у) = j ф(х, у, г) dz-
- оо
Фазовый сдвиг, вызванный этим потенциалом, пропорционален его отношению к
первоначальному ускоряющему напряжению Ф0. Можно показать, что б = Ф(х,
у)/2\Ф0. Таким образом, волна, распространяющаяся сразу за объектом,
описывается уравнением (14.45) (функция пропускания):
Индекс "о" мы использовали здесь для того, чтобы показать, что координаты
относятся к объекту, и,.кроме того, мы разложили экспоненту, так как
влияние поля образца достаточно мало.
Волновая функция электронов в плоскости дифракции Д/г, к) (эквивалент
структурного фактора) является результатом сложения всех рассеянных волн:
где h и к, как и в случае рентгеновских лучей, представляют точки
обратной решетки. Дополнительный множитель е'х (передаточная функция)
должен быть введен для того, чтобы учесть дефокусировку пучка образцом и
сферическую аберрацию (см. рис. 14.13).
Действительная часть е'х, т.е. cos х> изменяет амплитуду волн в плоскости
дифракции и носит название амплитудного контраста. Мнимая часть, i sin х,
изменяет только фазу и называется фазовым контрастом. Параметр х является
функцией квадрата угла рассеяния и равняется нулю, когда равны нулю Ник.
Уравнение (14.46) напоминает уравнение (13.7) после того, как вводятся
